Оптическая IP-коммутация
Оптическая IP-коммутация (англ. Optical IP Switching, OIS) — это современный метод установления прозрачных оптических соединений между узлами сети на основе потокового анализа. IP-поток представляет собой совокупность пакетов Интернет-протокола, которые передаются от одного источника к одному получателю; именно последовательный обмен IP-пакетами обеспечивает передачу информации через Интернет.
Исследования показывают, что Интернет-трафик характеризуется распределением с тяжёлыми хвостами, при котором небольшое число потоков переносит основную часть объёма данных[1]. Это даёт основание для динамического адаптирования оптических соединений под такие «тяжёлые» потоки.
Обычно каждый пакет преодолевает ряд маршрутизаторов на пути к пункту назначения; каждый маршрутизатор анализирует пакет и переправляет его далее. Однако, если маршрутизатор может распознать поток — то есть последовательность пакетов между теми же отправителем и получателем, — он способен создать «короткое замыкание» (shortcut) в виде переключаемого соединения, по которому все пакеты соответствующего IP-потока будут проходить к назначению минуя повторный анализ каждого пакета. Эта общая идея известна как IP-коммутация.
Если такое «короткое замыкание» реализуется на оптическом уровне, процесс называется оптической IP-коммутацией. Основное преимущество OIS в том, что при нынешних технологиях пакеты передаются оптическим способом между двумя точками, но на каждом узле их приходится преобразовывать в электрический сигнал для маршрутизации и затем вновь в оптический — для продолжения передачи по оптоволокну. Если маршрутизатор сможет распознать поток, он сможет организовать обход (cut-through connection) напрямую по оптическому каналу, и все пакеты данного потока будут передаваться без перечисленного преобразования. Это сокращает задержки, энергозатраты, потребность в памяти и вычислительных ресурсах маршрутизатора.
Базовая реализация концепции OIS предполагает работу оптического маршрутизатора, который отслеживает IP-трафик и при возникновении потока с заданными характеристиками устанавливает оптический обходной путь между своими соседями по входу и выходу, передавая upstream-узлу команду отправлять все пакеты потока по новому маршруту. Такой созданный канал обходит IP-уровень маршрутизатора, а пакеты передаются напрямую между соседними узлами. По аналогичной схеме путь можно продлевать на большее число узлов, однако решение об этом каждый маршрутизатор принимает самостоятельно, исходя из характера трафика и локальных ресурсов.
Так как оптический канал способен передавать гигабиты данных в секунду, редко встречаются потоки, которые могут в одиночку загрузить весь доступный диапазон. Поэтому для повышения эффективности OIS важно агрегировать несколько IP-потоков в один выделенный оптический маршрут. При этом возникает компромисс между количеством объединяемых потоков и длиной оптического канала, вмещающего их. Для хорошей производительности объединять следует только потоки, совпадающие по значительному числу сетевых сегментов.
Узлы ядра сети с поддержкой оптической IP-коммутации должны быть оснащены электрическими средствами обработки и памяти (как обычный IP-маршрутизатор), переменным количеством оптических трансиверов и элементом оптического переключения (обычно основанным на MEMS-устройстве). Крайние узлы могут не содержать оптических коммутаторов, поскольку могут выступать только как источник или получатель оптического потока.
Наиболее близким к OIS управляющим протоколом считается GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching), стандартизируемый Инженерным советом Интернета. GMPLS предусматривает создание сквозных соединений по явному запросу со стороны клиента или службы управления сетью. Главное отличие от OIS заключается в том, что в последнем оптические соединения инициируются автоматически на основе текущего трафика и первоначально строятся между тремя смежными узлами, с последующим расширением по децентрализованному решению.