کریر اترنت، توسعه اترنت به شبکه های شهری MAN[1] (شکل-1) و WANها (شکل-2) است. این شبکه ها از دل اترنت و به ویژه از مفهوم VLAN تکامل یافته است. هدف، استفاده از لایه فیزیکی اترنت و ساختار فریم به عنوان پایه و استفاده از تگهای VLAN به عنوان برچسب برای عبور از یک شبکه شهری بود و توسط انجمن مترو اترنت ارتقا (MEF[2]) پیدا کرد.
MEF ،[3]IETF و ITU-T[4] مشخصات و خصوصیات را توسعه دادند. این ویژگیهای جدید، از «اترنت سوئیچ شده» کلاسیک فاصله میگیرد؛ بهویژه در مفهوم کیفیت سرویس و ویژگی هایی که امکان مقیاس پذیری بهتر را فراهم میکنند. کریر اترنت از سرویس OAM لایه 3 و لایه 4 استفاده می کند.
MEF پنج ویژگی مهم برای کریر اترنت توصیف کرده است که آن را از اترنت متمایز می کند و اساس کریر اترنت را بیان می کنند:
لطفاً مقاله "آشنایی با شبکه MPLS" را مطالعه بفرمایید.
در یک شبکه کریر اترنت، داده ها از طریق اتصالات مجازی اترنت نقطه به نقطه و چند نقطه به چند نقطه (EVC) مطابق با ویژگیها و تعاریف سرویسهای E-Line ،E-LAN و E-Tree منتقل میشوند. مدل سرویس اترنت MEF مجموعه ای از بلوک های تشکیل دهنده را تعریف میکند که برای فراهم کردن انواع سرویس های کریر اترنت استفاده می شوند. به عنوان مثال، UNI به طور رسمی همراه با ویژگی های آن (به عنوان مثال شناسه منحصر به فرد، نوع لایه فیزیکی و غیره) تعریف میشود. اتصالات مجازی اترنت (EVC) همچنین با ویژگی هایی مانند حفظ تگ VLAN، حفظ کلاس سرویس (CoS) و ویژگیهای مختلف عملیاتی تعریف میشوند. اتصال دو UNI از طریق یک EVC یک نوع سرویس E-Line ایجاد میکند. شکل-3 ساختار و اتصالات مربوط به شبکه کریر اترنت را نشان میدهد.
شکل-3 شبکه کریر اترنت و اتصالات مربوط به آن
EVC[13] : اتصال مجازی اترنت است که UNI ها را به هم متصل میکند.
UNI[14] : رابط شبکه کاربر. نقطه مرزی یا لبه ای فیزیکی بین سرویسدهنده و مشتری.
UNI-C[15] : فرایندهای سمت مشتری UNI
UNI-N[16] : فرایندهای سمت شبکه UNI
ENNI[17] : رابط شبکه به شبکه. نقطه مرزی فیزیکی بین دو سرویس دهنده.
ENNI-N[18] : پردازش ها و فرایندهای ENNI.
UNIها همیشه توسط شبکه سرویس دهنده فراهم میشوند و همان طور که گفته شد یک رابط فیزیکی اترنت برای سرعتهای Mbps10، Mbps100، Gbps1 و Gbps10 در شبکه های کریر اترنت محسوب می شوند. درون UNI میتواند یک یا چندین اتصال EVC[19] باشد. EVCها دربردارنده سرویس هستند، دو یا چند سایت مشتری را به هم وصل می کنند، از ارائه سرویس به سایت هایی که که بخشی از EVC مشترک نیستند، جلوگیری میکند و میتوانند در یک UNI دسته بندی یا مولتی پلکس شوند. EVCها چندین نوع هستند: آنها میتوانند اتصال نقطه به نقطه، اتصال چندین نقطه به چندین نقطه و اتصال چندین نقطه ای ریشه ای را برقرار سازند. بر طبق همین اتصالات می توانیم چند دسته نوع سرویس داشته باشیم که در شکل-4 می بینید.
همان طور که در شکل-4 نشان داده شده است، سرویسهای نوع E-Line اتصالات نقطه به نقطه را فراهم میکنند که از جمله سرویسهای این نوع می توان به EPL و EVPL اشاره کرد. نوع بعدی E-LAN است که از EVCهای چند نقطه به چند نقطه استفاده کرده و میتواند یک شبکه LAN مجازی ایجاد کند. یکی از سرویس هایی که در این دسته قرار میگیرد VPNهای لایه دویی است. دسته دیگر سرویسهای نوع E-Tree می باشند که اتصالاتی از نوع ریشه ای یا درختی را ایجاد میکنند. از این نوع سرویس ها میتوان در شبکه های پخش یا broadcast استفاده کرد. سرویسهای از نوع E-Access نیز وجود دارند که برای ارتباطات بین اپراتورها یا درون شبکه سرویسدهنده ارائه میشود.
در ادامه درباره موضوعات کلیدی در تکنولوژی کریر اترنت صحبت میکنیم.
برای انتقال یک سرویس اترنت (یک E-Line یا E-LAN) روی یک زیرساخت خاص (به عنوان مثال، SONET/SDH ، شبکه انتقال نوری (OTN) و یا MPLS)، تکنیک های زیادی برای کپسوله کردن فریمهای اترنت در انواع زیرساختهای انتقال وجود دارد که امکان تطبیق دادههای کاربر اترنت و هدرها را در دیتا مربوط به پروتکل زیرساخت فراهم میکند. پس از عبور از زیرساخت شبکه، فریم اترنت می تواند از بسته بندی (کپسول) خارج شده و به شکل اصلی خود به مقصد تحویل داده شود.
با توجه به محبوبیت آن به عنوان یک زیرساخت حامل، پروتکلهای لایه 1 مانند SONET/SDH و OTN برای انتقال سرویسهای کریر اترنت در بسیاری از شبکههای اپراتور استفاده شده اند. تکنیک هایی مانند GFP[20] به پروتکل های اترنت اجازه می دهد تا به این زیرساخت های انتقال همزمان، نگاشت شوند. OTN انواع خاصی از واحد داده نوری (ODU[21]) را مناسب برای نرخهای مختلف خطوط اترنت تعریف میکند تا بتوان آنها را منتقل کرد. این رویکرد ها سرویس های اترنت را قادر میسازد تا در این زیرساخت ها با سایر سرویس های بومی مالتی پلکس شوند. این رویکرد همچنین به سرویس اترنت اجازه می دهد تا با بازیابی زیر ۵۰ میلیثانیه که توسط پروتکل لایه ۱ پایینی فراهم می شود، به طور کامل محافظت شوند.
MPLS به طور گسترده در شبکههای هسته برای حمل ترافیک مبتنی بر پکت بین روترهای هسته به کار گرفته شده است. MPLS روند جستجوی آدرس مورد نیاز IP را بسیار ساده کرد و گذر از لینک های انتقال TDM به لینک های مبتنی بر پکت را سرعت بخشید. با گذشت زمان، MPLS همچنین برای انتقال فریم های اترنت با شبیه سازی شبکه لایه 2[22] (L2VPN) یا شبکه مسیریابی لایه 3[23] (L3VPN) استفاده شد. این روش انتقال به طور فزاینده ای محبوب شده است زیرا MPLS زمان بازیابی سریع، مولتی پلکسینگ سرویس چندگانه و مهندسی پهنای باند کارآمد را امکان پذیر میکند. برخی از اپراتورها شروع به گسترش MPLS به لبه های شبکه خود کرده اند، اما متوجه شده اند که پیچیدگی پروتکل و نبود ابزارهای مدیریتی خاص چالش های کلیدی است.
همان طور که قبلاً بحث شد، STP برای جلوگیری از حلقههای پل در شبکههای اترنت طراحی شده است. در صورت نبود آن، چنین حلقه هایی می توانند باعث گردش بی پایان فریم شوند و منجر به آشفتگی کامل در الگوریتم های ارتباطی اترنت شوند. STP همچنین به لینک های جایگزین در شبکه اجازه می دهد تا در صورت خرابی لینک، به لینک های پشتیبان خودکار[24] تبدیل شوند. اگرچه این در تئوری به خوبی کار می کند، اما زمانی که چنین خرابی هایی رخ دهد (بسته به اندازه درختی که در این پروتکل تشکیل می شود در حدود دهها ثانیه یا حتی دقیقه) الگوریتم کند می شود تا شبکه «همگرا[25]» شود. این منجر به کاهش ترافیک و کیفیت پایین سرویس (QoS) خواهد شد. جایگزین هایی [26]RSTP و MSTP[27] توسط IEEE ابداع شد تا زمان همگرایی را کاهش دهند، اما هنوز نمی توانند با انتظارات واقعی بازیابی زیر 50 میلی ثانیه مشاهده شده در شبکه های قدیمی SONET/SDH مطابقت داشته باشند.
یکی دیگر از روشهای حفاظت، استفاده از پروتکل تجمع لینک (LACP[28]) با استفاده از چند رسانه فیزیکی اترنت در چندین پورت به طور موازی برای افزایش افزونگی و در دسترس بودن لینک است. LACP امکان اتصال سریع تر را بین دستگاه هایی که به صورت یک اتصال واحد، اشتراک بار و متعادل سازی بار در میان لینک های جداگانه مدیریت و نظارت می شوند، امکانپذیر می سازد. خرابی در یکی از لینک ها، اتصال جزئی از طریق لینک های سالم باقی مانده را نتیجه می دهد (البته ظرفیت کلی پهنای باند کاهش می یابد). با این حال، در حالی که زمان های خرابی LACP می تواند کمتر از یک ثانیه باشد، اما معیار قدیمی زیر 50 میلیثانیه مورد انتظار اپراتورهای شبکه انتقال معمول را برآورده نمی کنند.
چندین رویکرد می توانند چنین حفاظتی را برای سرویس های اترنت فراهم کنند. یکی نگاشت فریمهای اترنت به فریم های SONET/SDH یا OTN است،. واحد های داده پروتکل اترنت (PDU[29]) را می توان به عنوان فریم های کلاینت در ساختار فریم مناسب SONET/SDH/OTN نگاشت و به طور شفاف در زیرساخت TDM حمل کرد. مکانیسم های حفاظتی اصلی (لایه 1) پروتکل های SONET/SDH/OTN می توانند حفاظت زیر 50 میلیثانیه را در صورت خرابی فراهم کنند.
با پروتکل های اتصال گرا[30] مانند PBB-TE و MPLS-TP، مسیرهای اتصال گرا را میتوان توسط یک یا چند مسیر حفاظتی (همچنین اتصال گرا) پشتیبانی کرد. خرابی را می توان به خوبی تحت انتظارات 50 میلی ثانیه ای خواسته شده اپراتورهای انتقال کنترل کرد.
روش دیگر شامل استفاده از ITU-T G.8032 است، زیرا اتصال و محافظت مبتنی بر حلقه را فراهم میکند. همچنین برای اجتناب از حلقه به STP وابسته نیست؛ زیرا از رویکرد خود برای اجتناب از حلقه ها استفاده میکند. با توجه به رواج توپولوژیهای مبتنی بر حلقه، به ویژه در سناریوهای شبکه شهری، G.8032 یک فناوری حفاظت از حلقه اترنت است که راه حلی ساده، مقرون به صرفه و مقیاس پذیر برای بازیابی سریع سرویس است که مقاومت در حد SONET/SDH ارائه می دهد. هزینه معقول تکنولوژی G.8032 ، همچنین به سرویسدهندگان این امکان را می دهد که شبکه های خود را در آینده محافظت کنند و مزایای قابل توجهی در هزینه سرمایه به آنها می دهد. تکنولوژی G.8032:
بررسی رفتار یک سرویس در شرایط ایده آل به اندازه کافی مناسب و قابل قبول است. چالش، زمانی پیش می آید که شبکه تحت فشار قرار می گیرد، مانند زمانی که بارهای ترافیکی بخش های مختلف زیرساخت را تحت فشار قرار می دهند. چگونه شبکه به بارهای ترافیکی اضافی واکنش نشان می دهد و همچنان SLA های قراردادی خود را با کاربران حفظ می کند؟ اگر شبکه برای رسیدگی به چنین شرایطی طراحی نشده باشد، ترافیک کاهش یافته و تأخیر های بیش از حد ممکن است رخ دهد.
رفتار هاپ به هاپ[31] اترنت قدیمی تر منجر به عدم قطعیت در رفتار ترافیک می شود. به عبارت دیگر، از آنجایی که سرویس دهنده نمی داند یک فریم چگونه در سراسر شبکه حرکت می کند، نمی توان پیش بینی کرد که چگونه ازدحام ترافیک بر آن تأثیر می گذارد. در یک محیط کریر اترنت، QoS و تکنیک های مهندسی ترافیک (مانند آنهایی که توسط اترنت اتصال گرا ارائه می شود) امکان اولویت بندی جریانهای ترافیکی را برای اطمینان از حفظ پارامترهای SLA در سراسر شبکه فراهم می کند.
این به معنای ارائه عملکرد پایانه به پایانه[32] بر اساس نرخ اطلاعات ملزم شده (CIR[33])، از دست دادن فریم، تأخیر و اهداف تغییرات تأخیر است. هنگامی که ازدحام در یک شبکه رخ می دهد، سوئیچ های اترنت باید بسته ها را در یک صف ذخیره کنند تا زمانی که بتوان آنها را برای ارسال به مقصد برنامه ریزی کرد. انواع تکنیک ها و رویکرد ها می توانند به تصمیم گیری در مورد اینکه کدام فریم ها اولویت دارند کمک کنند، اما بیشتر آنها نیاز دارند که فریمها بر اساس برخی سیاست ها (بر اساس نوع ترافیک، SLAها و غیره) طبقه بندی شوند. هر نوع ترافیک در صفهای جداگانه ذخیره و سپس بر اساس یک «نظم و ترتیبی[34]» زمانبندی میشوند.
یک پروفایل پهنای باند نحوه اعمال نرخ فریمهای اترنت را در یک اینترفیس خارجی، UNI یا ENNI، تعریف می کند. پروفایل های ورودی پهنای باند به فریم های اترنت که وارد اینترفیس خارجی می شوند و با یک EVC مرتبط هستند اعمال می شوند. پروفایل های خروجی پهنای باند برای فریم های اترنت در حال خروج از EVC در یک اینترفیس خارجی اعمال می شود. پروفایل های پهنای باند همچنین با تقسیم پهنای باند اینترفیس ها بین چندین EVC، آنها را در یک UNI پشتیبانی می کنند.
سه نوع پروفایل پهنای باند ورودی و خروجی وجود دارد که می توانند در نقطه UNI اعمال شوند:
این نوع پروفایل پهنای باند بدون در نظر گرفتن تعداد EVC های موجود در کل UNI اعمال می شود. این فقط برای سرویس های مبتنی بر پورت مانند EPL که به ترتیب یک EVC را در UNI فراهم می کنند مفید است (شکل-5).
شکل-5 پروفایل پهنای باند به ازای هر UNI
این نوع پروفایل پهنای باند برای هر EVC در UNI اعمال می شود. این برای سرویس هایی با چندین EVC در یک UNI مفید است، مانند EVPL که پهنای باند UNI را قادر می سازد بین هر EVC تقسیم شود. هنگامی که یک EVC در UNI وجود دارد، پروفایل پهنای باند در هر EVC عملکردی قابل مقایسه با پروفایل پهنای باند در هر UNI ارائه میکند. شکل-6 نشان میدهد که چگونه پهنای باند یک UNI با استفاده از پروفایل پهنای باند در هر EVC بین سه EVC تقسیم میشود.
شکل-6 پروفایل پهنای باند به ازای هر EVC در یک UNI
این نوع پروفایل پهنای باند برای فریم های اترنت متعلق به هر CoS یک EVC اعمال می شود. این برای سرویس هایی با EVC در UNI که چندین کلاس سرویس را پشتیبانی می کنند، مفید است. هر CoS توسط PCP اترنت یا IP DSCP شناسایی می شود. این پروفایل پهنای باند، پهنای باند EVC را قادر می سازد تا توسط CoS تقسیم شود. شکل-7 سه پروفایل پهنای باند در هر شناسه CoS برای EVC1 و یکی برای EVC2 در UNI را نشان می دهد.
شکل-7 پروفایل پهنای باند به ازای هر CoS در هر EVC در یک UNI
یک پروفایل پهنای باند چند پارامتر مهم دارد که عبارت اند از: CIR ، EIR ، CBS ، EBS.
CIR پهنای باند تحویل داده شده را به ازای SLO[35] مشخص شده در SLA تعریف می کند. پهنای باند CIR برای EVC از طریق مهندسی ترافیک در سراسر شبکه تضمین می شود. برای تضمین یک CIR، پهنای باند باید در تمام مسیرهای شبکه که توسط فریم های اترنت مربوط به EVC طی می شوند، رزرو شود. توجه داشته باشید که معیارهای عملکرد سرویس، مانند تأخیر یا تلفات، برای پهنای باند ترافیک مطابق با CIR اندازه گیری میشوند. پهنای باند ترافیکی که با CIR مطابقت ندارد از اندازه گیری عملکرد مستثنی می شود. بر اساس خط مشیهای مدیریت ترافیک برای شبکه سرویس دهنده، این ترافیک ناسازگار، مازاد تلقی می شود و می توان آن را حذف کرد.
EIR[36] مقدار پهنای باند ترافیک اضافی مجاز در شبکه را تعیین میکند. EIR نرخ گذردهی[37] مجموع ترافیک را افزایش می دهد؛ اما بدون هیچ SLO. ترافیک در پهنای باند بیش از CIR مازاد در نظر گرفته می شود و از این رو به ازای یک SLO مشخص تحویل داده نمی شود.
CBS[38] و EBS[39] حداکثر تعداد بایت هایی را که می توان به شبکه تزریق کرد و به ترتیب با CIR و EIR مطابقت داشته باشند را مشخص می کند. به عنوان مثال، اگر یک CBS 50 کیلوبایت باشد، می توان 50 کیلوبایت فریم های اترنت را به شبکه تزریق کرد و توسط شبکه پذیرفته شود و بنابراین مطابق با CIR و تابع SLO در نظر گرفته شود. اگر بیش از 50 کیلوبایت ارسال شود، مقدار بیش از 50 کیلوبایت اگر EIR برابر صفر باشد کنار گذاشته می شود یا اگر EIR صفر نباشد به عنوان ترافیک اضافی پذیرفته می شود. اگر ترافیک اضافی از EBS بیشتر شود، دور انداخته می شود.
در استانداردها برای فریم های اترنت سه نوع رنگ در هنگام انتقالشان تعریف می شود که شامل سبز، زرد و قرمز می باشد. سبز برای ترافیک های مطابق CIR است، به معنای تحویل دادن فریم با توجه SLO مشخص است. زرد برای ترافیک هایی است که نه مطابق CIR بلکه مطابق EIR می باشد و این را بیان می کند که فریم امکان تحویل داده شدن دارد اما SLO ای تضمین نشده است؛ و در نهایت قرمز که مطابق هیچ کدام از CIR و EIR نیست و به معنای کنار گذاشتن و حذف آن فریم است.
[1] Metropolitan Area Network
[2] Metro Ethernet Forum
[3]Internet Engineering Task Force
[4] ITU Telecommunication Standardization Sector
[5] Standardized Services
[6] Line rates
[7] Encodings
[8] Packet sizes
[9] Scalability
[10] Reliablity
[11] Quality of Service
[12] Service Level Agreemant
[13] Ethernet Virtual Connection
[14] User Network Interface
[15] UNI CUSTOMER
[16] UNI Network side
[17] External network to network interface
[18] ENNI processes
[19] Ethernet Virtual Connection
[20] Generic Framing Procedure
[21] Optical Data Unit
[22] Layer2 network
[23] Layer 3 routed network
[24] Automatic backup links
[25] Converge
[26] Rapid Spanning Tree
[27] Multiple Spanning Trees
[28] Link Aggregation Control Protocol
[29] Protocol Data Unit
[30] Connection-oriented
[31] Hop-by-Hop
[32] End-to-End
[33] Committed Information Rate
[34] Discipline
[35] Service Level Objective
[36] Excess Information Rate
[37] Throughput
[38] Committed Burst Size
[39] Excess Burst Size