Jak to nejlépe využít?

Nástup čistě optických aktivních prvků má velmi významné důsledky - umožňuje totiž budovat čistě optické sítě s konektivitou v podobě přímých přenosových kanálů (na úrovni vlnových délek, resp. "barev") mezi koncovými body přenosu. Takovéto přenosové kanály mají přitom charakter přenosových cest fungujících na principu přepojování okruhů (a nikoli na principu přepojování paketů), což znamená že jsou nezávislé na formátu přenášených dat - mohou stejně tak dobře přenášet data členěná na pakety či rámce nebo buňky různých formátů, jako čisté posloupnosti jednotlivých bitů resp. bytů (tedy tzv. bytový proud). Navíc, je-li takovýchto kanálů možné realizovat v síti více, není nutné je používat současně pro přenos dat a pro účely řízení a správy sítě, jako v případě sítí na bázi paketového přenosu. Je tedy velmi zajímavou a také nesmírně důležitou otázkou jak možnosti čistě optických sítí co nejlépe využít.

Začněme nejprve od toho, jak jsou optické sítě využívány dnes. Dnes je nad optickými vlákny nejčastěji využíván protokol SONET (Synchronous Optical NETwork) či téměř identický SDH (Synchronous Digital Hierachy). Jde o protokol který vychází z předpokladu, že k dispozici je jen jeden přenosový kanál, a tak se jej snaží dělit na principu časového multiplexu (TDM, Time Division Multiplexing) na více částí, pro jednotlivé logické přenosové kanály, které potřebuje realizovat. K tomu si přidává i určitou vlastní režii, spojenou s plně synchronním fungováním (které má přímo ve svém názvu) a s řízením sítě. SONET jako protokol fyzické vrstvy přitom vzniknul s ohledem na potřeby přenosu hlasu, které jsou jen velmi málo tolerantní k eventuálnímu zpoždění a změnám velikosti zpoždění - proto funguje synchronně. Navíc technika časového multiplexu, kterou SONET používá, poskytuje jednotlivým dílčím přenosům vždy určitou konstantní přenosovou kapacitu - což opět respektuje potřeby tradičních hlasových přenosů, které s vyhrazením konstantní přenosové kapacity počítají.

V současné době ale již neplatí předpoklady, které platily při vzniku SONET-u. Hlasový provoz, kvůli kterému byl zvolen synchronní způsob fungování, sice roste, ale výrazně pomaleji než přenos datový, který v poslední době doslova exploduje a je pouze otázkou času, kdy v nejrůznějších sítích převáží nad provozem hlasovým. Pro datový přenos, který má nejčastěji nárazový charakter, však již plně synchronní fungování není nejvhodnější, resp. nejefektivnější. Navíc datové přenosy jen zřídkakdy potřebují konstantní přenosovou kapacitu, jejich požadavky jsou obvykle proměnné v čase.

Proto je nutné hledat jiné, novější a efektivnější způsoby využití optických sítí na bázi DWDM pro potřeby přenosu hlasu i dat.

ATM nad DWDM

Řešením, které umožňuje využít jednu přenosovou infrastrukturu jak pro potřeby přenosu hlasu, tak i pro potřeby přenosu dat, je ATM (Asynchronous Transfer Mode). Jeho podstatou je zavedení statistického časového multiplexu (STDM, Statistical Time Division Multiplexing), které je již velmi blízko paketovému přenosu - byť příslušné pakety mají konstantní a velmi malou velikost (48 bytů plus 5 bytů hlavičky) a jsou označovány jako buňky. ATM je přitom protokolem, který spadá spíše do linkové vrstvy - byť zajišťuje i některé funkce typické pro třetí (síťovou) vrstvu, zejména směrování a doručování dat přes mezilehlé uzly (ATM ústředny) až ke koncovým účastníkům.

Obrovskou předností ATM je to, že dokáže nabídnout různou kvalitu služeb (QoS, Quality of Service) - hlasovým přenosům dokáže garantovat konstantní přenosovou kapacitu a minimální zpoždění i jeho minimální rozptyl, tedy prakticky stejné podmínky, jaké by nabízel vyhrazený dvoubodový spoj. Naproti tomu datovým přenosům dokáže ATM nabídnout podmínky obdobné podmínkám klasických paketových sítí - momentálně dostupnou (nevyužitou) přenosovou kapacitu (a mezi těmito dvěma krajními polohami existuje ještě několik mezistupňů). Na druhou stranu nevýhodou ATM je jeho velká režie, plynoucí zejména z malé velikosti jeho buněk (a tudíž relativně velké hlavičky). Další problémy způsobuje i čistě spojovaný charakter fungování (pro nespojovaný charakter fungování by bylo třeba vkládat do miniaturních hlaviček plné adresy koncových příjemců, které se tam ale nevejdou).

V prostředí optických sítí, kde je potřeba provozovat ATM, se jako typické řešení používá kombinace ATM a SONET, tj. SONET je použit "nad" optickými vlákny a DWDM, zatímco ATM je provozováno nad protokolem SONET. Takovýto zprostředkovaný přístup ATM k přenosovým schopnostem optických vláken však nutně má nenulovou režii, připadající na fungování zprostředkovatele (SONET-u). Proto se v poslední době, kdy tlaky na celkovou efektivnost výrazně vzrůstají, objevují řešení které SONET jako prostředníka vynechávají - jde pak v zásadě o provozování ATM přímo nad optickými vlákny, nejčastěji nad vrstvou, která zajišťuje vlnový multiplex těchto vláken (tedy o ATM nad DWDM).

IP nad SONETem

Ještě větší tlak na efektivnost provozování v prostředí optických sítí je kladen na datové přenosy, u kterých kraluje síťový protokol IP. Ten je možné provozovat prakticky nad čímkoli - nad jakýmkoli protokolem linkové vrstvy, včetně ATM (a tudíž i zprostředkovaně nad SONET-em jako protokolem fyzické vrstvy). Přitom ale provozování IP nad ATM není jednoduché a prosté problémů - existuje zde několik možností (např. Classical IP over ATM, LAN Emulation a další), ale vždy je s tím spojena poměrně velká neefektivnost. Jen pro ilustraci její velikosti: pro realizaci páteřního spoje s IP konektivitou o přenosové rychlosti 45 Mbps je zapotřebí použít v ATM síti permanentní virtuální okruh (PVC) o rychlosti 60 Mbps.

Důsledkem je samozřejmě tlak na efektivnější provozování protokolu IP v prostředí optických sítí. Tento tlak vedl již v polovině devadesátých let ke vzniku řešení, umožňujících provozovat IP přímo nad SONETem. Takováto řešení jsou dnes již obstojně standardizována (např. v dokumentech RFC 1619 a RFC 1662), podporována v konkrétních produktech a také v praxi skutečně využívána (např. zámořskými providery jako je America OnLine).

Ovšem ani přímé provozování IP nad SONETem není prosté problémů. Největším je asi absence podpory kvality služeb, ke které došlo "vynecháním" ATM jako prostředníka mezi IP a SONETem. Tato podpora kvality služeb sice nevadí tradičním aplikacím (např. el. poště, WWW a přenosu souborů), ale již vadí některým novějším aplikacím, například přenosu hlasu přes IP (VOIP, resp. tzv. internetové telefonii).

Vyrovnat se s absencí podpory služeb je možné, a to i "dodatečně", na úrovní síťové vrstvy kde je protokol IP provozován. Jde například o taková řešení, jako MPLS (Multiprotocol Label Swiching), ale ani zde není zdaleka vše ideální a optimální.

IP nad DWDM

Neustálý tlak na efektivnost nakonec nutně vedl k "finálnímu" řešení - k eliminaci SONET-u jako posledního prostředníka mezi protokolem IP a optickými vlákny. Celkem zákonitě se totiž objevila (poprvé v loňském roce) řešení umožňující provozovat protokol IP přímo nad vrstvou, která realizuje vlnový multiplex (DWDM) nad optickými vlákny. Prozatím sice jde o proprietární řešení, protože dosud není standardizován ani samotný vlnový multiplex (DWDM), neboli způsob jak má být konkrétně realizován. Nicméně technologický postup i postup standardizace je nezadržitelný a provozování IP přímo nad DWDM se určitě bude stále více prosazovat do praxe. Je určitě zajímavé trochu se zamyslet nad tím, jaké důsledky to může přinést.

Možnosti optických vláken, obrazně i doslova znásobené technikou DWDM, vychází vstříc neutuchající poptávce po přenosové kapacitě. Pokud bude tempo technologického zdokonalování pokračovat tak jako dosud (zejména v oblasti zvyšování přenosových rychlostí na optických vláknech a zvyšování počtu kanálů resp. barev v rámci DWDM), bude to představovat opravdu enormní nárůst dostupné přenosové kapacity, bez nutnosti měnit již existující přenosové trasy (optické kabely). Možnost provozování protokolu IP přímo nad takovouto optickou infrastrukturu pak umožní maximálně využít její obrovský přenosový potenciál - jehož poptávku naznačují trendy doslova explodujících objemů datového provozu. Vzhledem k takovéto nabídce lze očekávat, že samotná konektivita na úrovni IP protokolu bude mít stále menší a menší hodnotu (a v limitním případě bude dokonce zdarma, resp. přestane být omezeným zdrojem). To ovšem bude platit pouze pro IP konektivitu v jejím tradičním pojetí, bez jakékoli garance služeb a kvality. To, co nadále zůstane omezeným zdrojem a co se bude prodávat (resp. na čem se bude vydělávat), bude právě ona kvalita a garance úrovně služeb.