شبكة إيثرنت الناقلة

الموسوعة الحرة

مصطلح "Carrier Ethernet" هو مصطلح تسويقي يشير إلى امتدادات تقنية الإيثرنت لمقدمي خدمات الاتصالات الذين يستخدمون تقنية الإيثرنت في شبكاتهم.

خلفية

تتمتع تقنية الإيثرنت بتاريخ عريق، وقد هيمنت على شبكات المؤسسات. أدت هذه الهيمنة إلى إنتاج مكونات بكميات كبيرة، مما ساهم بدوره في خفض تكلفة البت بشكل كبير. كما أن للإيثرنت تاريخًا طويلًا في تطوير نفسها باستمرار. فمنذ بدايتها ككابل محوري نحاسي (" الشبكة السميكة ")، توسعت لتشمل جميع الوسائط المادية تقريبًا، سواءً النحاسية أو الألياف الضوئية أو اللاسلكية . واستمرت معدلات نقل البيانات في الازدياد، حيث كانت تنمو تقليديًا عشرة أضعاف مع كل معدل جديد يتم تحديده. تُستخدم واجهات جيجابت إيثرنت على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر والخوادم، وبسرعة 10  جيجابت/ثانية في البنية الأساسية للشبكات المحلية (LAN). وقد تم توحيد معايير معدلات نقل البيانات حتى 100 جيجابت إيثرنت في عامي 2010 و2011. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

يعود هيمنة الإيثرنت جزئياً إلى المزايا البسيطة التي يوفرها اعتماد معيار موحد لزيادة حجم المبيعات وخفض الأسعار. كما يعود جزئياً إلى سهولة نشره، بفضل قدرته على التكوين الذاتي استناداً إلى المفاهيم الأساسية لجسر التعلم ( البث ، وربط عناوين الوجهة المتعلمة بمنافذ الجسر ) وبروتوكول الشجرة الممتدة (البروتوكول المستخدم لتجنب حلقات الجسر).

تاريخيًا، تم ابتكار بروتوكولات وكابلات منافسة للوصول إلى أجهزة ذات سرعات أعلى من تلك التي توفرها أجهزة الإيثرنت الحالية، وذلك بتكلفة معقولة. ومن الأمثلة على ذلك FireWire و Light Peak . وكان أحد دوافع ابتكار معايير منافسة هو خفض أسعار أجهزة الإيثرنت ذات السرعات المماثلة. وبمجرد تحقيق هذا الهدف، تميل المعايير المنافسة إلى الاختفاء أو الانحصار في مجالات متخصصة للغاية.

يُعدّ الإيثرنت بروتوكولًا بسيطًا نسبيًا، وقد تطور ليصل إلى سرعات أعلى بمئات آلاف المرات، وظلّ قادرًا على التكيف باستمرار لتلبية احتياجات ومتطلبات الأسواق الجديدة. على سبيل المثال، تُضاف إمكانيات النطاق الزمني إلى معيار IEEE 802.3 إيثرنت لدعم تقنية IEEE 802.1 لنقل الصوت والفيديو (AVB)، [ 4 ] وستكون هذه الإمكانيات قابلة للتطبيق على تطبيقات الاتصالات الحساسة للوقت، كما هو الحال في معيار IEEE 1588 .

تتزايد اتصالات شبكات LAN الخاصة بالعملاء بشبكات الاتصالات واسعة النطاق عبر واجهات إيثرنت أو بأجهزة تربط خط المشترك الرقمي (DSL) أو الشبكات اللاسلكية بها. علاوة على ذلك، يُدرك العملاء إمكانيات شبكات الإيثرنت، ويرغبون في توسيع هذه الإمكانيات لتشمل شبكات متعددة المواقع. في الوقت نفسه، توسعت احتياجات هذه الشبكات لتشمل العديد من الخدمات التي كانت تُقدم سابقًا عبر شبكة LAN فقط أو من خلال اتصالات متخصصة، لا سيما خدمات الفيديو والنسخ الاحتياطي. من غير العملي توسيع معظم الشبكات الصغيرة لتتجاوز سعة 1 جيجابت أو 2 جيجابت كحد أقصى (تقنية تجميع الجيجابت المزدوج ) لكل جزء، نظرًا لأن عنق الزجاجة يكمن في روابط الشبكة واسعة النطاق مع المكاتب الأخرى والخدمات عبر الإنترنت.

قيود شركات النقل

وبالتالي، يجد مزودو شبكات المناطق الواسعة (WAN) وشبكات المناطق الحضرية (MAN) أنفسهم أمام ثلاثة احتياجات:

  1. لتزويد عملائهم بخدمات الإيثرنت
  2. للاستفادة من مزايا الحجم والتكلفة لتقنيات الإيثرنت في شبكاتهم
  3. استبدال التقنيات غير الإيثرنت بتقنيات منافسة للإيثرنت تتمتع بسعة كافية للتخزين والنسخ الاحتياطي والفيديو عالي الدقة ، وتضمن الميزات اللازمة لدعم هذه الخدمات (موثوقية النقل، زمن الاستجابة المنخفض).

كما أنهم يواجهون قيودًا، إذ لا يمكن نقل الخدمات من النطاق المحلي إلى النطاق الواسع بسرعة كبيرة خشية تجاوز إجمالي الموارد المتاحة، مما يؤدي إلى جودة غير مقبولة. فالخدمات التي تحاول التوسع بسرعة كبيرة تخسر المال، بينما تلك التي تنتظر طويلًا تخسر العملاء. لذا، يجب على شركات الاتصالات توسيع خدماتها بحذر، مع إيلاء اهتمام بالغ لجودة الخدمة .

البداية: مترو إيثرنت

تأسست مؤسسة MEF عام 2001 بهدف تطوير خدمات أعمال شاملة لمستخدمي المؤسسات، يتم الوصول إليها بشكل أساسي عبر شبكات المتروبوليتان الضوئية لربط شبكات LAN الخاصة بمؤسساتهم. وكان المفهوم الأساسي هو تطبيق نموذج البساطة والتكلفة المنخفضة لتقنية الإيثرنت على الشبكات واسعة النطاق. [ 5 ]

التوسع إلى شبكة إيثرنت الناقلة

لقد أثار نجاح خدمات مترو إيثرنت خيال العالم عندما توسع المفهوم ليشمل الخدمات العالمية التي تعبر الشبكات الوطنية والعالمية: [ 5 ]

  • شبكات الوصول لتوفير إمكانية الوصول لشريحة أوسع بكثير من المستخدمين عبر الألياف الضوئية، والنحاس، والكابلات، وشبكة الألياف الضوئية السلبية (PON)، والشبكات اللاسلكية
  • وفورات الحجم الناتجة عن تقارب شبكات الأعمال والشبكات السكنية واللاسلكية التي تتشارك نفس البنية التحتية والخدمات
  • قابلية التوسع والنشر السريع لتطبيقات الأعمال
  • اعتماد برنامج الشهادات
  • كل ذلك مع الحفاظ على نموذج التكلفة وبساطة الإيثرنت

خدمات إيثرنت الناقل

لإنشاء سوق لخدمات الإيثرنت، من الضروري توضيح وتوحيد الخدمات المقدمة. وإدراكًا لذلك، أنشأت الصناعة منتدى خدمات الإيثرنت (MEF). وقد لعب هذا المنتدى دورًا محوريًا في تحديد ما يلي:

  • خط إيثرنت افتراضي خاص أو خط E : خدمة تربط منفذي إيثرنت للعميل عبر شبكة WAN.
  • شبكة إيثرنت الافتراضية الخاصة أو E-LAN : خدمة متعددة النقاط تربط مجموعة من نقاط نهاية العميل ، مما يعطي العميل مظهر شبكة إيثرنت موصولة تربط المواقع.
  • شجرة إيثرنت الافتراضية الخاصة أو E-Tree : خدمة متعددة النقاط تربط جذرًا واحدًا أو أكثر ومجموعة من الأوراق، ولكنها تمنع الاتصال بين الأوراق.

تُقدّم جميع هذه الخدمات تعريفات قياسية لخصائص مثل عرض النطاق الترددي، والمرونة، وتعدد إرسال الخدمات، مما يسمح للعملاء بمقارنة عروض الخدمات وتسهيل اتفاقيات مستوى الخدمة (SLAs). وتُعرّف تعريفات مماثلة للشبكات اللاسلكية في معيارَي IEEE 802.21 و IEEE 802.11u ، إلا أنها مُخصصة لالتزامات زمنية أقصر بكثير وخدمات مناسبة لمستخدمي الأجهزة المحمولة فقط.

شجرة خاصة افتراضية عبر الإيثرنت

تُعرف شجرة إيثرنت الافتراضية الخاصة أو E-Tree بأنها اتصال إيثرنت افتراضي من نقطة إلى عدة نقاط تم تعريفه بواسطة MEF - وهو تكوين VLAN إيثرنت مناسب لخدمات البث المتعدد .

خط إيثرنت خاص

خط إيثرنت الخاص ( EPL ) وخط إيثرنت الخاص الافتراضي ( EVPL ) هما خدمتا بيانات مُعرّفتان من قِبل MEF. يوفر EPL اتصال إيثرنت افتراضيًا (EVC) من نقطة إلى نقطة بين زوج من واجهات المستخدم-الشبكة (UNIs) المخصصة، مع درجة عالية من الشفافية. بينما يوفر EVPL اتصالًا من نقطة إلى نقطة أو من نقطة إلى عدة نقاط بين زوج من واجهات المستخدم-الشبكة (UNIs).

تُصنف هذه الخدمات ضمن نوع خدمة الخط الإلكتروني (E-line)، مع توقع انخفاض تأخير الإطارات ، وتفاوت تأخير الإطارات ، ونسبة فقدان الإطارات . يتم تنفيذ بروتوكول EPL باستخدام دائرة افتراضية إلكترونية (EVC) من نقطة إلى نقطة بدون تعدد إرسال الخدمة عند كل واجهة مادية (UNI)، أي أن جميع إطارات الخدمة عند الواجهة المادية (UNI) يتم ربطها بدائرة افتراضية إلكترونية واحدة (EVC) (أي تجميع الكل في واحد).

نظراً لشفافيته العالية، يُستخدم بروتوكول EPL غالباً لتوفير خدمة شبكة محلية شفافة من نقطة إلى نقطة (TLS)، حيث يكون رأس وبيانات إطار الخدمة متطابقين في كل من واجهة المستخدم المصدر والوجهة. تقوم بعض التطبيقات بتمرير معظم بروتوكولات التحكم في الطبقة الثانية من الإيثرنت (L2CPs) باستثناء بعض بروتوكولات التحكم في الطبقة الثانية من طبقة الربط مثل إطارات الإيقاف المؤقت IEEE 802.3x .

على عكس بروتوكول EPL، يسمح بروتوكول EVPL بتعدد إرسال الخدمات، أي توفير عدة دوائر افتراضية موسعة (EVCs) أو خدمات إيثرنت لكل واجهة مستخدم (UNI). ويكمن الاختلاف الآخر بين EVPL وEPL في درجة الشفافية: فبينما يتميز EPL بشفافية عالية، حيث يقوم بتصفية إطارات الإيقاف المؤقت فقط، يتطلب EVPL إما ربط معظم بروتوكولات التحكم في الطبقة الثانية أو إسقاطها.

شبكة محلية افتراضية خاصة عبر الإيثرنت

شبكة إيثرنت الافتراضية الخاصة (EVP-LAN) هي اتصال إيثرنت افتراضي متعدد النقاط، مُعرّف من قِبل MEF، وهي مُكافئ لشبكة إيثرنت الخاصة الافتراضية (VPLS) أو خدمات الشبكة المحلية الشفافة (LAN) في شبكات إيثرنت الخاصة بالمشغلين . تُمكّن EVP-LAN الاتصال بين جميع مواقع العملاء المرتبطة باتصالات إيثرنت الافتراضية (EVC) الخاصة بالعميل. تُصنّف كنوع خدمة E-LAN، مع توقع انخفاض تأخير الإطار، وتفاوت تأخير الإطار، ونسبة فقدان الإطار. يُسمح بتعدد إرسال الخدمة في واجهة المستخدم (UNI)، ويمكن لأنواع خدمات EVPL وEVP-LAN مشاركة نفس المنفذ. يتم الاحتفاظ بمعرفات CE-VLAN عبر الشبكة.

خدمات نقل الإيثرنت

لا يحدد إطار عمل MEF كيفية تقديم خدمات الإيثرنت في شبكة مزود الخدمة. على الرغم من المزايا المذكورة أعلاه، فقد عانى الإيثرنت تقليديًا من عدد من القيود في تطبيقات الشبكات واسعة النطاق (WAN). فمفهوما "الجسر" و"الشجرة الممتدة" المذكوران أعلاه لا يتناسبان مع الشبكات الدولية الكبيرة. علاوة على ذلك، افتقر الإيثرنت إلى بعض ميزات الموثوقية الضرورية في هذا التطبيق (لا سيما آليات عزل حركة مرور عميل عن آخر، وقياس أداء خدمة العملاء، والكشف السريع عن الأعطال وإصلاحها في الشبكات الكبيرة). ونظرًا لهذه القيود، وللحاجة إلى استخدام المعدات الموجودة مسبقًا، تم نقل خدمات الإيثرنت عبر الشبكات واسعة النطاق باستخدام تقنيات أخرى. وقد شاع استخدام نوعين من هذه التقنيات، بينما يبرز نوع ثالث (نقل الإيثرنت عبر مزود الخدمة) بسرعة كخيار عملي ومنطقي لخدمات الإيثرنت عبر مزود الخدمة.

إيثرنت عبر SDH/SONET

يتم نقل روابط إيثرنت من نقطة إلى نقطة عبر شبكات SDH/SONET ، باستخدام التسلسل الظاهري (ITU-T G.707) و LCAS (مخطط تعديل سعة الارتباط - ITU-T G.7042) لإنشاء حزمة حاملة ذات حجم مناسب، من إجراء التأطير العام لمعدات SDH ، ويستفيد من ميزات الإدارة والاسترداد لـ SDH لتوفير توافر عالٍ ومرونة في حالات الفشل.

إيثرنت عبر MPLS

تُنقل خدمات الإيثرنت عبر شبكات IP / MPLS باستخدام مجموعة واسعة من البروتوكولات المرتبطة ببروتوكول الإنترنت . [ 6 ] تُنقل روابط الإيثرنت كـ"أسلاك افتراضية" باستخدام مسارات تبديل العلامات (LSPs) الخاصة بـMPLS داخل "نفق" MPLS خارجي. تدعم هذه الاستراتيجية خدمات الاتصال من نقطة إلى نقطة (خدمة الأسلاك الخاصة الافتراضية - VPWS) وخدمات الاتصال من نقاط متعددة (خدمة الشبكة المحلية الخاصة الافتراضية - VPLS)، وقد حققت مؤخرًا انتشارًا واسعًا في الشبكات الموجهة. وتعتمد على عدد من بروتوكولات النقل الأساسية، بما في ذلك SDH والإيثرنت (بشكل متزايد).

نقل البيانات عبر شبكة إيثرنت الناقلة (CET)

يرى مؤيدو تقنية إيثرنت من فئة شركات الاتصالات أن الإيثرنت هو الأنسب لشبكات المناطق الحضرية (المترو) لأن جميع حركة البيانات تبدأ عبر الإيثرنت. ويساهم انتشار الإيثرنت الواسع في الشبكات المحلية (LAN) حول العالم في خفض تكلفة هذه التقنية. وبالتالي، يتيح استخدام الإيثرنت في شبكات المترو لمزودي الخدمات الاستفادة من أحجام البيانات التي تستحوذ عليها قطاعات المؤسسات الكبيرة. يتضمن نقل البيانات عبر الإيثرنت (CET) عادةً تطورًا للإيثرنت التقليدي، ويتألف من مكونات تقنية متعددة. توفر جسور العمود الفقري للمزود (PBB) قابلية التوسع والفصل الآمن، بينما توفر هندسة حركة مرور جسور العمود الفقري للمزود (PBB-TE، والمعروفة اختصارًا بـ PBT) هندسة حركة المرور ونقلًا فعالًا لخدمات الإيثرنت المحمية. أما إدارة الاتصال والأعطال (CFM-OAM) فتُوفر إدارة العمليات والصيانة (OAM) الضرورية التي تجعل الإيثرنت من فئة شركات الاتصالات .

تحديد نطاق شبكة إيثرنت الناقلة

يُعدّ تحديد نطاق شبكة إيثرنت الناقلة عنصرًا أساسيًا في خدمات إيثرنت الناقلة وشبكات النقل لتطبيقات الأعمال، وتجارة الجملة، وشبكات النقل الخلفية للأجهزة المحمولة، حيث يُمكّن مزودي الخدمة من توسيع نطاق سيطرتهم على مسار الخدمة بالكامل، بدءًا من نقاط التسليم. ويتحقق ذلك من خلال ربط معدات مقر العميل (CPE) بالشبكة باستخدام أجهزة تحديد نطاق مملوكة للمزود، يتم نشرها في مواقع العملاء، مما يُتيح فصلًا واضحًا بين شبكتي المستخدم والمزود.

تُعدّ أجهزة تحديد نطاق إيثرنت الناقل (EDD) ضرورية لدعم خدمات مثل خط إيثرنت الخاص (EPL)، وخط إيثرنت الخاص الافتراضي (EVPL أو E-LAN)، وشجرة إيثرنت الخاصة الافتراضية (E-Tree)، وفقًا لما حددته MEF. ويجب أن يشمل هذا الدعم إمكانيات إدارة اتفاقيات مستوى الخدمة (SLA)، مع ضمان أداء ثابت عبر الألياف الضوئية، وخطوط DSL، وخطوط PDH المدمجة ، وخطوط الوصول SDH/SONET. ونتيجةً لذلك، تتضمن الميزات الأساسية لأجهزة تحديد نطاق إيثرنت الناقل إدارة متطورة لحركة البيانات وآليات هرمية لجودة الخدمة (QoS)، وعمليات تشغيل وإدارة وصيانة (OAM) قياسية من البداية إلى النهاية ، ومراقبة الأداء، وإدارة شاملة للأعطال وتشخيصها، ومرونة مماثلة لمرونة SDH/SONET لتقليل تكاليف التشغيل والنفقات الرأسمالية لمزود الخدمة. [ 7 ]

تقنيات إيثرنت الناقل

بذلت الصناعة جهودًا حثيثة لتجاوز قيود الإيثرنت في الشبكات واسعة النطاق (WAN) المذكورة أعلاه، وذلك لتمكين مزودي الشبكات من استخدام تقنيات الإيثرنت الأصلية. وقد اضطلعت لجان معايير IEEE 802.1 و802.3 بدور محوري في هذا الصدد . عالج معيار IEEE 802.1 مشكلات قابلية التوسع والإدارة في معايير جسور المزود (802.1ad) وجسور العمود الفقري للمزود (802.1ah). وتتيح هذه المعايير إنشاء شبكات إيثرنت على نطاق عالمي. كما توفر المعايير المرتبطة بها ( IEEE 802.1ag ، ومعيار ITU-T ذي الصلة Y.1731) إمكانيات التشغيل والصيانة (OAM) التي تتيح التحقق من الاتصال، والاستعادة السريعة، وقياس الأداء. العمل الحالي على PBB-TE (802.1Qay: Provider Backbone Bridging-Traffic Engineering) يسمح بالتحكم في شبكة إيثرنت هذه بواسطة تطبيق تحكم أو إدارة خارجي (على سبيل المثال، تطبيق إدارة الشبكة أو مستوى تحكم النقل مثل GMPLS (IETF RFC 3945))، وذلك للسماح لمجموعة كاملة من سياسات واستراتيجيات هندسة حركة المرور لمزود الشبكة.

يعمل فريق عمل IEEE 802.3، بالتعاون الوثيق مع الاتحاد الدولي للاتصالات، على تبسيط نقل تقنيات 40G و100G التي يطورها كلا الطرفين: 802.3 للشبكات المحلية (LAN) والاتحاد الدولي للاتصالات لشبكات النقل الضوئي (OTN) . كما يتعاون كل من OIF و Ethernet Alliance مع أعضائهما لتمكين التحسينات المستقبلية لتقنية Ethernet للشبكات الواسعة (WAN)، مع مراعاة سرعة تقنيات وخدمات Ethernet المستقبلية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "فريق عمل إيثرنت IEEE P802.3ba بسرعة 40 جيجابت/ثانية و100 جيجابت/ثانية" . الموقع الرسمي . IEEE 802. 19 يونيو 2010. تاريخ الاطلاع: 6 أغسطس 2011 .
  2. ↑ فريق عملIEEE P802.3ba لشبكات إيثرنت بسرعة 40 جيجابت/ثانية و100: http://ieee802.org/3/ba/  
  3. ↑ فريق عمل IEEE P802.3bg 40G SMF PMD لعميل الناقل : http://www.ieee802.org/3/40GSMF/
  4. ↑ IEEE 802.1 ربط الصوت/الفيديو
  5. 1 2 "Carrier Ethernet and CE 2.0" . MEF. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 سبتمبر 2015 .
  6. ↑ انظر معايير الأسلاك الافتراضية الصادرة عن IETF، على سبيل المثال RFC 3985 و RFC 4448  
  7. ↑ "Carrier Ethernet & CE 2.0" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-09-2015.
  • منتدى مترو إيثرنت، إيثرنت الناقل و CE 2.0
  • "خدمات مترو إيثرنت - نظرة عامة فنية" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 2015-05-05.
  • "Carrier Ethernet 2.0" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 30-04-2014. (1412 كيلوبايت )
  • "MEF 6.1" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 2013-09-03. (472 كيلوبايت ) - تعريفات خدمات مترو إيثرنت - المرحلة الثانية
  • "MEF 6" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 2014-07-05. (472 كيلوبايت ) - تعريفات خدمات مترو إيثرنت - المرحلة الأولى - تم استبدالها بـ MEF 6.1)
  • "MEF 10.1" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 29-07-2012. (1720 كيلوبايت ) - سمات خدمات الإيثرنت - المرحلة الثانية
  • نظرة عامة على خدمات إيثرنت الناقل. pptx (3.8 ميجابايت ) 
  • منتدى مترو إيثرنت
  • https://www.mef.net/Assets/Technical_Specifications/PDF/MEF_6.1.pdf