Введение

Оптическое IP-переключение (OIS) — это новый метод создания прозрачных оптических соединений между узлами сети, использующий подход, основанный на потоках. IP-поток — это совокупность IP-пакетов, идущих от одного источника к одному и тому же месту назначения: обмен IP-пакетами — это механизм, обеспечивающий передачу информации в Интернете. Недавние исследования показали, что интернет-трафик имеет распределение с тяжелым хвостом, при котором небольшое количество потоков несет огромный объем данных. Это указывает на возможность динамической адаптации оптических соединений для передачи этих интенсивных потоков. В настоящее время пакет должен пройти через определенное количество маршрутизаторов, прежде чем достигнет места назначения, и сетевые маршрутизаторы должны анализировать каждый пакет и перенаправлять его в направлении конечного узла. Однако, поскольку поток определяется как последовательность пакетов, идущих от одного источника к одному и тому же месту назначения, если маршрутизатор распознает поток, он может создать прямой путь, создав «коммутируемое» соединение, позволяющее всем пакетам, принадлежащим одному и тому же IP-потоку, напрямую двигаться в нужном направлении, без последовательного анализа каждого из них. Эта общая идея известна как IP-переключение. Если же этот прямой путь реализуется на оптическом уровне, процесс становится оптическим IP-переключением. Преимущество OIS заключается в том, что сегодня пакеты передаются оптически между двумя точками, но на каждой маршрутной станции они должны быть преобразованы в электрический сигнал, маршрутизированы и преобразованы обратно в оптический для продолжения движения по оптическому волокну. Если же маршрутизатор способен распознать поток, он может создать прямой путь («сквозное соединение») непосредственно на оптическом уровне, и все пакеты, принадлежащие одному и тому же потоку, могут быть направлены в пункт назначения без преобразования из оптического в электрический сигнал. Это позволит сэкономить время, энергию, память и вычислительные ресурсы маршрутизатора. Базовая реализация концепции OIS предполагает оптический маршрутизатор, который отслеживает IP-трафик и, если обнаруживает поток с определенными характеристиками, устанавливает оптический сквозной путь между своими выше- и нижестоящими соседями, запрашивая вышестоящий узел направить все пакеты, принадлежащие этому потоку, по новому пути. Созданный таким образом путь обходит IP-слой маршрутизатора, поскольку пакеты прозрачно передаются от вышестоящего к нижестоящему соседу. По аналогии путь может быть расширен до более чем трех узлов, но это решение всегда принимается каждым маршрутизатором автономно и зависит от проходящего трафика и доступных локальных ресурсов. Однако, поскольку оптическая линия связи может передавать несколько гигабит данных в секунду, может быть сложно найти поток, который в одиночку сможет использовать всю полосу пропускания, предоставляемую оптическим каналом. Поэтому для обеспечения производительности сети OIS необходимо объединять несколько IP-потоков в один выделенный путь. Объединение предполагает компромисс между количеством IP-потоков, которые можно объединить, и длиной оптического пути, который их вмещает. Для достижения хорошей производительности в один путь следует объединять только оптические потоки, имеющие значительное количество сетевых переходов. Основной узел, реализующий оптическое IP-переключение, должен быть оснащен электрическими ресурсами обработки и памятью (как стандартный IP-маршрутизатор), переменным количеством оптических трансиверов и оптическим коммутационным элементом (обычно устройством на основе MEMS). Периферийный узел не нуждается в оптическом коммутационном устройстве, поскольку он может функционировать только как источник или пункт назначения оптического потока. Протокол управления, наиболее близкий к OIS, — это, вероятно, GMPLS, который стандартизуется IETF. GMPLS направлен на создание сквозных соединений по явному запросу клиента или службы сетевой инженерии. Это основное отличие от OIS, где оптические пути запускаются автоматически под воздействием трафика; они первоначально создаются между тремя соседними узлами, а затем расширяются на основе распределенного решения.