Największe i najnowocześniejsze sieci szkieletowe w Polsce są zbudowane wyłącznie na podstawie kabli światłowodowych. Najdłuższą (ponad 80 tys. km) infrastrukturę optyczną posiada Orange. Drugą co do długości infrastruktury światłowodowej jest Exatel, który zarządza ponad 20 tys. km kabli optycznych. Na trzecim miejscu jest TKTelekom, z 7 tys. km infrastruktury światłowodowej oraz 20 tys. km infrastruktury miedzianej. Istnieje duża grupa operatorów, którzy korzystają w różnej formie zarówno z własnej sieci światłowodowej, jak i połączeń bezprzewodowych, a także dzierżawy infrastruktury od operatorów krajowych o znaczących zasobach światłowodowych. Uzupełnieniem są budowane przez operatorów oraz organizacje rządowe sieci metropolitarne w dużych i średniej wielkości miastach. Sieci te budowane są z wykorzystaniem dzierżaw kanalizacji oraz budowy kanalizacji od podstaw. Obecnie realizowane są także projekty sieci światłowodowych szkieletowo-dostępowych w większej części województw Polski. Dopełnienie całości stanowią połączenia z operatorami globalnymi oraz krajowymi i zagranicznymi punktami wymiany ruchu.

DWDM – technologia budowania szkieletu

Sieć szkieletowa (backbone) operatorów telekomunikacyjnych jest najważniejszym elementem struktury dostarczania usług. Szybkość transmisji danych typowej sieci to 2,5 Gb/s lub 10 Gb/s, a coraz częściej 40 Mb/s i 100 Mb/s. Ostatnio przeprowadzone testy Exatel i Huawei pokazały możliwość transmisji DWDM na poziomie 400 Mb/s. Zazwyczaj oferowane prędkości w sieci szkieletowej wyglądają następująco: STM-1 (OC-3) – 155 Mb/s, STM-4 (OC-12) – 622 Mb/s, STM-16 (OC-48) – 2,5 Gb/s, STM-64 (OC-192) – 10 Gb/s, STM-256 (OC-768) – 40 Gb/s. Proste łącza optyczne o niewielkiej długości są realizowane w topologii punkt-punkt i nie potrzebują wzmacniania sygnału. W sieciach szkieletowych wymagających transmisji na odległości kilkuset kilometrów sygnał musi być natomiast regenerowany za pomocą wzmacniaczy optycznych EDFA (Eribium-Doped Fiber Amplifiers).

W celu zwiększenia możliwości transmisji przez pojedyncze włókno światłowodowe, wprowadza się do światłowodowych sieci szkieletowych technologię DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing). DWDM pozwala przesłać kombinację wielu sygnałów na różnych długościach fali poprzez jedno włókno światłowodowe. W ten sposób możemy z wykorzystaniem multipleksacji i demultipleksacji w jednym włóknie światłowodu zapewnić transmisję różnych strumieni za pomocą różnych technologii transportowych. Kluczową funkcjonalnością DWDM jest brak zależności od protokołów transmitujących dane. Sieć bazująca na DWDM może przesyłać dane zawarte w protokołach IP, MPLS, SONET/SDH/PDH czy Ethernet (Carrier Ethernet). W rzeczywistości sieć DWDM może przesyłać różne rodzaje ruchu z wykorzystaniem rozmaitych technologii, zakładając różną prędkość transmisji w ramach jednego włókna światłowodowego.

Proste topologie DWDM punkt-punkt w sieciach operatorów nie wymagają szczególnych zabiegów. Redundancja linku punkt-punkt może zostać zrealizowana poprzez kilka równoległych połączeń. W przypadku realizacji architektury pierścienia lub kratowej wymaganej w technologii DWDM konieczne jest wykorzystanie dodatkowych elementów oznaczonych skrótem OADM. OADM (optical add-drop multiplexer) jest urządzeniem pozwalającym trasować i powiązywać odpowiednie strumienie światła z odpowiednimi włóknami światłowodów. Jeżeli OADM ma możliwość zdalnej rekonfiguracji, określany jest skrótem ROADM (reconfigurable OADM). Obecnie właściwie wszystkie sieci krajowych operatorów używają technologii DWDM w warstwie fizycznej, powiązanej z technologiami inżynierii ruchu, przykładowo MPLS. Równie często w ramach inżynierii ruchu wykorzystywane są technologie IPoDWDM, GMPLS czy Carrier Ethernet.

Infrastruktura operatorów

Operatorzy infrastruktury krajowej mają znaczące zasoby sieci światłowodowych, ale ograniczone są one głównie do najważniejszych miast i aglomeracji. Zdobycie aktualnych i szczegółowych informacji na temat posiadanej infrastruktury nie zawsze jest możliwe, ponieważ nie każdy operator je ujawnia, a dane ogólnodostępne są dość nieaktualne. Operatorzy szkieletów krajowych najczęściej dysponują także rozbudowanymi sieciami metropolitarnymi, pełniącymi nierzadko funkcję sieci dostępowej.

Infrastruktura światłowodowa TKTelekom jest oparta na rozwiązaniach DWDM o przepływnościach 1, 2,5 oraz 10 Gb/s. Struktura sieci zorganizowana jest w ramach 5 pierścieni: północno-zachodniego, północno-wschodniego, południowo-wschodniego i południowo-zachodniego. W celu tranzytu międzynarodowego budowane są relacje wschód-zachód o przepływności 100Gb/s. Wszystkie inwestycje światłowodowe zmierzają do budowy sieci kratowej i wykorzystania protokołu GMPLS. W tej warstwie sieci TKTelekom oferuje dzierżawy łączy w relacjach krajowych i międzynarodowych o prędkości E1 (2 Mb/s), E3 (34 Mb/s), STM-1 (155 Mb/s), STM-4 (622 Mb/s), STM-16 (2,5 Gb/s), STM-64 (Lambda 10G). Możliwe jest także zapewnienie połączeń transmisji danych w technologii Ethernet o przepływności od 2 Mb/s do 2 x 1 Gb/s. Obecnie główny szkielet IP/MPLS w sieci TKTelekom jest zbudowany na podstawie łączy 10Gb/s IPoDWDM. W większości przypadków topologia pozwala na połączenie określonych lokalizacji dwoma niezależnymi połączeniami. Różne grupy usług realizowane są poprzez niezależne platformy routerów. Planowane inwestycje zmierzają do modyfikacji 4 głównych węzłów i zapewnieniu transmisji 100 Gb/s. Dodatkowo planowane jest zwiększenie zasięgu sieci IP/MPLS w sieci dostępowej oraz realizacja kolejnych etapów obsługi adresacji IPv6. W ramach sieci IP operator oferuje usługi MPLS, VPN DSL, dostęp do Internetu.

Infrastruktura światłowodowa GTS w Polsce składa się z sieci o długości 6 tys. km. Sieć GTS w Polsce jest częścią sieci światłowodowej Grupy GTS obejmującej zasięgiem 5 krajów (Polska, Czechy, Słowacja, Węgry, Rumunia) o długości 26 tys. km. W ramach poszczególnych państw w największych miastach (Warszawa, Wrocław, Poznań, Łódź, Trójmiasto, aglomeracja katowicka) istnieją sieci światłowodowe metropolitarne. Długość sieci metropolitarnych w Europie wynosi 7,5 tys. km. W szkielecie sieci GTS wykorzystuje od 2009 roku technologię Carrier Ethernet, integrującą sieć w 5 krajach. Pozwala to na zaoferowanie każdego typu usługi opartej na technologii Ethernet. Warto podkreślić, że GTS jest pierwszym operatorem w Europie Środkowo-Wschodniej, któremu przyznano certyfikaty MEF 9 oraz MEF 14 dla usług Ethernet Line oraz Ethernet VPN. GTS obecny jest w węzłach sieci światowej we Frankfurcie, Wiedniu, Amsterdamie oraz Londynie.

Sieć ATMAN składa się z ponad 4,5 tys. łączy o przepustowościach od 1 Gb/s do n*10 Gb/s w najważniejszych relacjach. Sieć światłowodowa łączy najważniejsze węzły telekomunikacyjne w polskich miastach. Sieć ATMAN obejmuje 4,5 tys. km łączy międzymiastowych oraz 7,4 km łączy międzynarodowych, ponad 100 tys. km włókien optycznych w 8 największych miastach w Polsce, 50 węzłów tworzących sieć transmisji danych, a także bezpośrednie punkty styku z ponad 1000 sieci telekomunikacyjnych. ATMAN jest obecny w czterech węzłach międzyoperatorskich w Europie – Amsterdam, Frankfurt, Londyn, Moskwa. Do każdej z tych lokalizacji istnieją po dwa styki 10 Gb/s. ATMAN posiada punkty styku ze wszystkimi najważniejszymi operatorami w Polsce – krajowymi i międzynarodowymi. Usługi w sieci krajowej są świadczone na podstawie sieci szkieletowych DWDM (kanały o przepustowości 10 Gb/s i 2,5 Gb/s), Ethernet/MPLS (10 Gb/s, 1 Gb/s) i SDH (STM-64, STM-16), światłowodowe sieci metropolitarne. W przypadku łączy dostępowych wykorzystywane są włókna światłowodowe przy transmisjach do 10 Gb/s, a także radiolinie pracujące w pasmach licencjonowanych przy niższych przepływnościach. Oferowane usługi to sieci rozległe oparte na technologiach MPLS lub IP VPN, łącza miejskie/międzymiastowe/międzynarodowe, dzierżawa włókien światłowodowych, dostęp do Internetu.

Exatel posiada sieć o łącznej długości 20 tys. km, wykorzystując ponad 500 węzłów sieci, zlokalizowanych w miastach Polski. Exatel ma połączenia z około 80 najważniejszymi operatorami krajowymi oraz około 70 operatorami zagranicznymi. Przepustowość sieci w szkielecie DWDM wynosi do 9 Tb/s, natomiast w szkielecie IP/MPLS do 40Gb/s. W ramach posiadanej infrastruktury Exatel oferuje usługi transmisji danych, dzierżawy łączy, usługi VPN oparte na MPLS, dostęp do Internetu i usługi głosowe.

Sieć szkieletowa Netii to ponad 5 tys. km światłowodów łączących największe miasta w Polsce oraz punkty styków z sieciami zewnętrznymi. Sieć zbudowana jest w dużej mierze na własnych włóknach światłowodowych, minimalizując dzierżawę włókien od innych operatorów. Szkieletowa sieć światłowodowa Netii składa się z 8 rur w kanalizacji kablowej, w których znajdują się kable zawierające 48 włókien światłowodowych. Sieć szkieletowa światłowodowa oparta jest na technologii DWDM, która stanowi podstawę dla trzech typów usług: SDH, Carrier Ethernet, IP. Systemy DWDM zapewniają możliwość wykorzystania 32 lub więcej kanałów o przepustowości 10 Gb/s każdy. Z wykorzystaniem technologii IPoDWDM istnieje możliwość zwielokrotnienia do 40 Gb/s. W ubiegłym roku zostały uruchomione łącza 100 Gb/s pomiędzy lokalizacjami w Warszawie oraz w relacji Warszawa-Łódź. Infrastruktura Netii to także pierwsza w Polsce implementacja GMPLS.

Pionier jest siecią łączącą ośrodki akademickie i naukowe w Polsce. Sieć jest oparta głównie na kablach światłowodowych. Długość istniejącej sieci światłowodowej to około 5,5 tys. km. Wliczając dodatkowo dzierżawione włókna od innych operatorów długość sieci to około 6,5 tys. km. Transmisja jest realizowana z wykorzystaniem technologii DWDM. Obecnie w sieci PIONIER pracują dwa niezależne systemy transmisyjne DWDM. Pierwszy łączy 21 Miejskich Akademickich Sieci Komputerowych z wykorzystaniem łączy 2 x 10 Gb/s. Drugi system DWDM pozwala uruchomić 80 kanałów optycznych o przepustowości 10 Gb/s, obejmując zasięgiem całą Polskę i odgałęzienia do granic. W tej chwili prowadzone są prace nad implementacją technologii pozwalających na przepływność 100 Gb/s. Operatorem sieci jest Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe. Sieć PIONIER jest przyłączona z siecią naukową europejską Geant2 za pomocą łączy o przepustowości 10 Gb/s, ale także niemiecką DFN w Słubicach, czeską CESNET w Cieszynie, Słowacją SANET w Zwardoniu, Ukraińskimi UARNET URAN w Hrebennem oraz BASNET.

Warto wspomnieć także o operatorze HAWE. Obecnie HAWE SA posiada 3,5 tys. km sieci szkieletowej w Polsce. Szczególnym przypadkiem sieci szkieletowych są sieci operatorów komórkowych (Orange, T-Mobile, POLKOMTEL, P4). W dużej mierze rozwiązania szkieletu sieci operatorów komórkowych oparte są na radioliniach wysokich częstotliwości, pracujących w pasmach licencjonowanych.

Punkty wymiany ruchu w Polsce

Punkt wymiany ruchu internetowego IX (Internet eXchange) to miejsca, w których spotykają się operatorzy usług dostępu do Internetu oraz dostawcy innych usług internetowych (portale, IPTV, VoIP). W ramach IX możliwa jest wymiana ruchu IP pomiędzy sieciami telekomunikacyjnymi uczestniczącymi w danym punkcie wymiany ruchu. Ruch IP jest wymieniany pomiędzy sieciami z wykorzystaniem protokołu BGP. Węzeł IX zbudowany jest na podstawie wysokowydajnych przełączników sieciowych warstwy L2 i L3 oraz routerów. Niewątpliwą zaletą punktów wymiany ruchu jest dostęp do wielu usług i operatorów z jednego miejsca. Pomiędzy operatorami wymieniającymi ruch w ramach IX skracają się znacząco czasy transmisji. Dla małego operatora uczestnictwo w IX to możliwość zakupu łączy od większych operatorów w bardzo atrakcyjnych cenach. Operatorzy w ramach IX w zasadzie realizują dwie usługi. Pierwszą jest „peering”, który umożliwia wymianę ruchu pomiędzy sieciami telekomunikacyjnymi. Drugą jest „tranzyt”, który pozwala na przesłanie ruchu przez sieć dostawcy do innych sieci.

Największe punkty wymiany ruchu na świecie to AMS-IX w Amsterdamie, LINX w Londynie, DE-CIX we Frankfurcie nad Menem, JPNAP w Tokio, MSK-IX w Moskwie. Większość krajowych operatorów posiada bezpośrednie połączenie z kilkoma węzłami wymiany ruchu na świecie. Istnieje także spora grupa krajowych węzłów wymiany ruchu, skupionych głównie wokół najrozleglejszych miast Polski. Największym punktem wymiany ruchu w Polsce jest powstały w 2006 roku komercyjny węzeł PLIX (Polish internet Exchange) w Warszawie. Zgodnie z danymi PLIX, obecnie w węźle istnieje ponad 200 aktywnych portów (1GE oraz 10GE). PLIX przesyła ruch na poziomie ponad 250 Gb/s. Inne duże węzły to WIX (Warsaw Internet eXchange), AC-X (Thinx Poland), TPIX (TPSA), WrIX (Wrocław Internet Exchange), GIX (Gdańsk Internet eXchange) i PIX (Poznań Internet eXchange).

Warto jeszcze powrócić do zagadnienia usług tranzytu oraz wpływu węzłów IX na model sieci globalnej. Usługa tranzytu IP zapewnia dostęp do zasobów sieci globalnej. Operatorzy krajowi (Tier 2) uzyskują dostęp do sieci globalnej poprzez połączenia z jednym z kilku operatorów tworzących globalny szkielet sieci Internet, oznaczonych klasą Tier 1 (przykładowo Level 3 Communications, Cogent, TeliaSonera). Operatorzy krajowi odsprzedają ten dostęp operatorom regionalnym (Tier 3), którzy z kolei sprzedają dostęp klientom końcowym. Do czasu upowszechnienia się punktów wymiany ruchu IX, wykorzystanie tranzytu IP było podstawową formą zapewnienia połączeń z globalną siecią Internet. Gdy upowszechniły się punkty IX okazało się, że silne węzły wymiany ruchu zmniejszają ważność połączeń z operatorami Tier 1. Model Internetu migrował stopniowo z połączeń tranzytowych z kilkoma operatorami Tier1 do coraz większej liczby węzłów wymiany i przejmowania przez nich znaczącej części ruchu.

Sieci metropolitarne (miejskie)

Sieci metropolitarne stanowią przykład szkieletowej sieci światłowodowej budowanej w ramach średnich i dużych miast, łączącej jednostki samorządowe, ośrodki naukowe i akademickie oraz operatorów w danym mieście przy pomocy spójnej infrastruktury . Sieci miejskie (metropolitarne) są budowane w dużej mierze przez organizacje rządowe, uczelnie, ale także w ostatnich latach ze środków prywatnych. Bardzo często na podstawie sieci miejskich budowane są punkty wymiany ruchu. Warto wymienić najważniejsze: POZMAN (Poznań), Trójmiejska Akademicka Sieć Komputerowa (Trójmiasto), Miejskie sieci informatyczne E-WRO (Wrocław), Akademicka Miejska Sieć Komputerowa AMSK (Szczecin), Miejska Sieć Komputerowa w Krakowie CYFRONET (Kraków), Miejska Sieć Komputerowa LODMAN (Łódź), Miejska Sieć Komputerowa BYDMAN (Bydgoszcz), Miejska Sieć Komputerowa LUBMAN (Lublin), Śląska Akademicka Sieć Komputerowa SASK, Śląskie Sieci Światłowodowe 3S.pl, TORMAN (Toruń), WARMAN (Warszawa), GTS (Warszawa, Wrocław, Poznań, Łódź, Trójmiasto, aglomeracja katowicka), ATMAN (Warszawa).

Warto wymienić kilka nowszych inwestycji w metropolitarne sieci szkieletowe. W Częstochowie sieć CzestNet połączy 57 jednostek publicznych. Sieć szkieletowo-dystrybucyjna będzie miała długość 45 km. W Olsztynie rozbudowywana jest istniejąca sieć światłowodowa o długości 25 km, o kolejne 17 km, w celu połączenia kilkudziesięciu instytucji publicznych. W Katowicach powstaje sieć o długości 140 km o nazwie SilesiaNet, łącząca 133 katowickie placówki. Grupa 3S realizująca katowicką inwestycję posiada sieć światłowodową o długości ponad 1800 km na terenie województwa śląskiego. Usługi 3S są oparte głównie na dzierżawie ciemnych włókien jednomodowych oraz transmisję danych Metro Ethernet.

Przyszłość sieci szkieletowych

Sieci szkieletowe wszystkich operatorów są rozwijane w mniejszym lub większym stopniu, ponieważ takie wymogi stawia konieczność tworzenia coraz bardziej rozbudowanych i wydajnych sieci dostępowych. Coraz częściej istniejący szkielet jest uzupełniany przez inwestycje mniejszych operatorów, łączących nawet niewielkie lokalizacje w określonych województwach. Inwestycje lokalne wraz z punktami wymiany ruchu oraz połączeniami do operatorów ogólnokrajowych tworzą coraz większy zasięg infrastruktury światłowodowej.

Sieć szkieletowa w poszczególnych województwach jest także rozwijana przez samorządy, firmy prywatne oraz firmy prywatne z większościowym finansowaniem inwestycji przez samorządy. Celem tworzenia regionalnych sieci jest zapewnienie szkieletu sieci na terenach wykluczenia cyfrowego, ale także realizacja szybkiej sieci dostępowej. Śląska Regionalna Sieć Światłowodowa będzie składała się z 495 km sieci wybudowanej i wydzierżawionej. Celem budowy ŚRSS jest połączenie obszarów, które nie posiadają infrastruktury sieciowej umożliwiającej realizację usług szerokopasmowych. Małopolska Sieć Szerokopasmowa to inwestycja sieci szkieletowo-dystrybucyjnej o długości około 3 tys. km, obejmująca zasięgiem blisko 250 węzłów telekomunikacyjnych. Sieć będzie służyła nie tylko administracji, ale także wszystkim dostawcom usług internetowych. Wielkopolska Sieć Szerokopasmowa to plany budowy do końca 2015 roku sieci telekomunikacyjnej o długości 4500 km. Dolnośląska Sieć Szkieletowa to inwestycja wymagająca ułożenia ponad 1600 km kabli światłowodowych, która ma zostać ukończona do 2015 roku. Warto podkreślić, że DSS poza szkieletem łączącym większe i mniejsze miejscowości województwa, umożliwi realizację punktów styku z Wielkopolską Siecią Szerokopasmową, ale i międzynarodowych punktów styku. Podobne projekty realizowane są na wschodzie Polski pod nazwą Sieć Szerokopasmowa Polski Wschodniej – województwo podkarpackie, warmińsko-mazurskie, podlaskie, świętokrzyskie, lubelskie. To największa inwestycja światłowodowa o długości ponad 10 tys. km kabli oraz zawierająca ponad 1000 węzłów szkieletowo-dystrybucyjnych. W województwie mazowieckim realizowany jest projekt Internet dla Mazowsza, który zakłada wybudowanie 3680 km sieci światłowodowej. Szerokopasmowe Pomorskie to budowa sieci szkieletowo-dystrybucyjnej na terenie województwa pomorskiego o łącznej długości 1818 km. Projekt Szerokopasmowe Lubuskie obejmuje 1449 km sieci szerokopasmowej. Powstaje także sieć szkieletowa projektu Łódzka Regionalna Sieć teleinformatyczna.

Nie ma odwrotu od budowy mniejszych i większych szkieletowych sieci światłowodowych. Bardzo ważną przyczyną tego trendu jest program rozwoju NFS (Narodowy Plan Szerokopasmowy), przyjęty przez Radę Ministrów. Zgodnie z założeniami dokumentu do 2020 roku szerokopasmowy dostęp o minimalnej prędkości 30 Mb/s (docelowo 100 Mb/s) ma posiadać co najmniej 50% gospodarstw domowych w Polsce. W rezultacie dostęp do szerokopasmowych usług powinno uzyskać około 16,5 mln Polaków.