Ethernet v první míli

Nová norma pro využití velice oblíbené technologie v lokálních sítích, Ethernetu, také v metropolitních a přístupových sítích, byla konečně schválena. IEEE 802.3ah, alias Ethernet v první míli, jistě přinese zajímavé novinky do realizace širokopásmových přípojek k Internetu, ale povzbudí také budování a využívání metropolitních sítí např. pro propojení podnikových poboček.

Nejen kabelové přípojky a xDSL dnes hýbou světem širokopásmového připojení. Vedle alternativních přípojek pomocí bezdrátových technologií (např. chystaný WiMAX) se stále více nasazují i pevné optické přípojky. Nicméně Ethernet slibuje jednoduchost, škálovatelnost a dostupnost nejen po optické přípojce, která je zatím nedostatková, ale také po metalické místní smyčce.

První, druhá nebo poslední?

Udělejme si ale nejdříve trochu pořádek v pojmech. Díky rozvoji širokopásmových přípojek se častěji hovoří o přístupových sítích, klasicky jedné části telekomunikačních sítí (dnes jsou ovšem přístupové sítě samozřejmě nejen v režii telekomunikačních provozovatelů). Telekomunikační sítě se skládají z několika úrovní (viz obrázek 1), které se liší zejména kapacitou a mírou zabezpečení proti výpadku pro zajištění maximální dostupnosti a spolehlivosti, což se odráží i v jejich struktuře (typ přenosu, média, propojovací zařízení):

• přístupové sítě (access)– připojují koncové uživatele k ústředně (obecně koncovému bodu provozovatele/poskytovatele) a jejich hlavním úkolem je koncentrace provozu ve směru od uživatelů do sítě; technologií přístupových sítí je celá řada, od DSL, přes pevnou bezdrátovou síť až po optiku (na okraj: místní smyčka, local loop, se většinou váže k tradiční přístupové síti založené na kroucených párech, proto se tento pojem nejčastěji objevuje při diskusích okolo xDSL);
• metropolitní sítě (distribution)– starají se o provoz mezi přístupovou a páteřní sítí; nejčastěji jsou řešeny na bázi SONET/SDH (Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy), tedy optických kruhů maximálně zajištěných proti výpadku;
• páteřní sítě (core)– přenosové (rozlehlé) sítě (WAN), jejich úkolem je starat se o dálkový přenos spojený s obvykle heterogenními síťovými technologiemi, které mohou být buď se spojením nebo bez spojení (ATM, Frame Relay, IP, MPLS apod.).

Obrázek 1: Hierarchie v telekomunikačních sítích

Zatímco páteřní sítě (postavené na optice) jsou dnes předimenzované, o přístupové síti to říci nelze. Vybudování a provozování přístupové sítěvychází z místních podmínek, z dostupných technologií pro danou vzdálenost apod. Přístupová síť je zatím většinou postavena na metalickém vedení, nikoli na optice. Proto se v současné době propojení mezi rychlými koncovými a přenosovými sítěmi realizuje po okruzích s časovým dělením (TDM) s rychlostmi 56 kbit/s až 2 Mbit/s, nebo prostřednictvím vytáčeného spojení či DSL.
Zatímco dostupná a spolehlivá páteřní síť s vysokou kapacitou je pro provozovatele velmi rentabilní, přístupová síť je relativně velmi drahá (zejména pokud obnáší počáteční náklady bez ohledu na počet uživatelů) a přináší provozovateli i relativně menší zisk, takže návratnost je velice dlouhodobá. Provozovatel sítě má však možnost spojit své síly s poskytovateli nadstavbových služeb a obsahu a podělit se o zisky z moderních aplikací.

O přístupových sítích se hovoří buď jako o první míli případně o poslední míli. Abych předešla zbytečné diskusi nad vhodnosti pojmu první nebo poslední, předesílám, že oba pojmy jsou rovnocenné a zaměnitelné (kupodivu nikdo se nepozastavuje nad pojmem míle, který je nám ve středu Evropy přeci jen „na míle“ vzdálený). Přestože se oba pojmy sobě obsahem rovnají, jejich konotace je odlišná: poslední mílepůsobí negativním dojmem z pohledu uživatele, který tak chtě nechtě dochází k názoru, že jeho přípojka je pro provozovatele to poslední, na co se zaměřuje ve své politice rozvoje sítí. První míle klade (aspoň vizuálně) uživatele na první místo, proto tento pojem osobně upřednostňuji.

Navíc první míle je dnes už normalizovaný pojem s rozvojem jednoho typu širokopásmové přípojky, Ethernetu, protože normalizační výbor a připravovaná norma má první míli přímo ve svém názvu (EFM, Ethernet in the First Mile). Kromě toho se často hovoří také o druhé míli, tedy části sítě mezi posledními metry k uživateli a metropolitní sítí, někdy se tak ale označuje i metropolitní síť samotná. Druhá míle žádné odpovídající označení v protikladném přístupu (něco jako předposlední míle) ani nemá.

Význam Ethernetu

Donedávna lokální sítě obstarávaly datovou komunikaci jen v místním dosahu (jak název napovídá) a nepřesahovaly rámec firmy. Nicméně s neustálým růstem popularity jedné z lokálních sítí, Ethernetu (různých typů podle norem podvýboru IEEE 802.3), a s řádovým zvyšováním podporovaných rychlostí (od 10 Mbit/s přes 100 Mbit/s až na 10 Gbit/s, jako sdílená nebo přepínaná síť) se stále více vnucovala myšlenka, zda by se tato úspěšná technologie nedala nasadit i pro řešení metropolitní sítě a první míle.

Nová verze Ethernetu o rychlosti 10 Gbit/s je proto již navržena jako alternativa pro připojení k rychlým optickým sítím, takže opouští čistě lokální prostředí své působnosti. Uplatnění Ethernetu v metropolitních a přístupových sítích pomůže odstranit zbytečnou složitost a neefektivnost propojení různých typů protokolů. V současnosti se v sítích kombinují tři až čtyři typy sítí, např. Ethernet na straně uživatele, DSL v místní smyčce, a dál ATM (Asynchronous Transfer Mode)nebo SONET/SDH v přenosové optické síti. Režie spojená s propojením a potřebným převodem mezi těmito sítěmi může zredukovat kapacitu sítě až o polovinu.

Po vzoru optiky do domu (FTTH, Fiber To The Home) se někdy uplatnění Ethernetu v první míli obecně nazývá Ethernet To The Home (ETTH), častěji však jako Ethernet v první míli (EFM, Ethernet in the First Mile). Poskytovatel služeb Ethernetu se označuje jako ESP (Ethernet Service Provider).

Ethernet v první míli

Ethernet v první míli EFMje navržen pro tři různé, vzájemně se doplňující typy přístupové infrastruktury: běžné metalické kabely, dvoubodový optický spoj nebo pasivní optické sítě. Pro metalické rozvody má EFM nabízet symetrickou službu o rychlosti 10 Mbit/s do vzdálenosti 750 m po UTP kategorie 3. Optická infrastruktura nabízí dvoubodové spoje (po jednovidovém optickém vlákně) do nebo mnohobodové spoje v rámci pasivní optické sítě. Oba tyto typy optického propojení budou nabízet rychlost až 1 Gbit/s. Cílem je nabídnout uživatelům možnost jednoduše si vybrat zařízení s podporou pro Ethernet a zapojit jej přímo doma do zásuvky. Řešení tedy musí být široce použitelné a nenáročné na instalaci, a zároveň dostatečně flexibilní i bezpečné.

EFM nabízí veškeré moderní širokopásmové služby, tedy kombinaci hlasu (IP telefonie), obrazu (TV vysílání, video na požádání) a dat (trvalý přístup k Internetu), on-line hry, videokonference a připojení domácích pracovníků k podnikovým sítím prostřednictvím VPN (Virtual Private Network).

EFM: 802.3ah

Mezi čtyřmi významnými normami, které IEEE schválil na konci června letošního roku, byla také dlouho očekávaná specifikace pro využití Ethernetu v přístupových sítích, jako nové alternativy k DSL nebo kabelovým přípojkám apod. EFM se snaží o „prodloužení“ dosahu (a využití) Ethernetu do metropolitních sítí (MAN, Metropolitan Area Network) a pro přístup k metropolitním i rozlehlým sítím (WAN, Wide Area Network). EFM umožňuje mimo jiné propojení uživatelů v rámci podnikové sítě a pro domácí a podnikové uživatele nabízí širokopásmové připojení k Internetu s kapacitou, kterou potřebují.

Norma pro Ethernet v první míli IEEE 802.3ah (2004) Amendment to Standard [for] Information Technology - Telecommunications and Information Exchange Between Systems - Local and Metropolitan Area Networks - Specific Requirements - Part 3: Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications - Media Access Control Parameters, Physical Layers and Management Parameters for Subscriber Access Networks

IEEE 802.3ah podporuje tři typy řešení (viz obrázek 2):

• dvoubodový optický spoj (EFMF, EFM Fiber) o rychlosti 100 Mbit/s a 1 Gbit/s do vzdálenosti 10 km;
• mnohabodový optický spoj (po pasivní optické síti, EFMP, EFM Passive Optical Network) o rychlosti 1 Mbit/s do vzdálenosti 10 km;
• dvoubodový spoj po stávajících měděných rozvodech (EFMC, EFM Copper) rychlostí 2/10 Mbit/s.

 
Obrázek 2: Tři rozhraní EFM

Pro nasazení Ethernetu po DSL je nejdůležitější poslední varianta. Existují dvě varianty řešení Ethernetu v první míli po metalickém vedení:

• 10Base-TS - Ethernet po VDSL s dosahem do 750 m (EoV, Ethernet over VDSL) a rychlostí 10 Mbit/s (populární již dnes např. pro domácí přístup v Asii);
• 2Base-TL - SHDSL na delší vzdálenost (2700 m) o rychlosti 2 Mbit/s (dlouho se rozhodovalo mezi ADSL a SHDSL).

Předpokládaný vývoj nasazení Ethernetu nastiňuje následující obrázek 3, z něhož je zřejmé, že Ethernet se jednak bude postupně prosazovat i v druhé míli a optika se postupně bude dostávat do přístupové sítě a pozvolna nahrazovat metalické vedení a xDSL.

Obrázek 3: Tři stupně vývoje od DSL směrem k plně ethernetovým službám
 
IEEE oficiálně ratifikovalo normu 802.3ah ve stejnou dobu, kdy probíhalo první demo technologie na Chicagské výstavě Supercomm. Norma znamená otevřené, mezinárodně uznané řešení, které otevírá cestu k odstranění potenciálních problémů s propojením nebo vzájemnou spoluprací mezi produkty od různých výrobců, takže provozovatelé sítí a poskytovatelé širokopásmových/Ethernetových služeb budou mít možnost si vybírat z celé plejády produktů všech výrobců, které budou certifikované EFM Alliance (EFMA).

Na Supercomm členské organizace EFMApředstavily své produkty a demonstrovaly jejich vzájemnou spolupráci pro všechny typy propojení. Mezi zúčastněnými firmami byly Actelis Networks, Agilent Technologies, Cisco, Ericsson, Extreme Networks, Hatteras Networks a Infineon.

Očekávaný rozvoj ethernetových služeb

Příprava normy v EFM Task Forcetrvala déle, než se původně předpokládalo, protože bylo potřeba specifikovat nové typy rozhraní pro přenos Ethernetových rámců jednak po optických kabelech a jednak po mědi. Kromě toho se vypracovaly také nové mechanizmy pro síťový management. Na dlouhé přípravě normy pracovali experti z více jak sta společností, takže by specifikace měla být dostatečně kvalitní a obecně přijatelná.

Ethernet v první míli bude určen pro širokopásmové služby pro podnikové i domácí uživatele. Řešení navazující na nejrozšířenější a nejúspěšnější lokální síť má velkou naději na rychlé rozšíření, protože nabízí známou a jednoduchou technologii, dostatečnou šířku pásma, rozšiřitelnost, snadnou instalaci a dodání služeb. Nejprve prostřednictvím přípojek DSL, později s protažením optiky do přístupové sítě přímo prostřednictvím optických přípojek.

12. 7. 2004

Autor: Ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA