Дипломная работа: Проектирование сети Metro Ethernet в городе Павлодаре

Технология Ethernet в своем развитии перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости.

Для обеспечения Ethernet-подключения новых зданий к городским сетям (MAN) провайдеры сетевых услуг обычно используют «темное» оптоволокно. Основным преимуществом такого доступа является высокая скорость и большие расстояния – до 100 км без промежуточного усиления и регенерации при потенциально неограниченной пропускной способности. Гигабитный Ethernet (1 и 10 Гбит/с) стал привлекательным с точки зрения цена/производительность и удачным выбором для магистральных приложений не только в выделенных корпоративных сетях, но и для построения операторских сетей Metro Ethernet.

Широкий спектр дешевых решений для оптического транспорта – одномодовые и многомодовые конвертеры и модули позволяют внедрять Ethernet на магистралях.

Рисунок 2.3 Функциональная схема сети

2.2 Транспортные технологии уровня доступа

Существует широкий спектр решений для обеспечения абонентского доступа («первая/последняя миля»): Ethernet (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet), LRE, xDSL (HDSL, ADSL, VDSL, SDSL), PNA (Phone line Networking Alliance), Wireless (802.11), Infrared, PON (Passive Optical Network), EFM (Ethernet in the First Mile alliance 802.3ah), Satellite (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 Решения для обеспечения абонентского доступа

2.3 Базовые контрольно-управлюящие технологии

VLAN.

Концепция виртуальных локальных сетей (VLAN) позволила в значительной мере снизить риск перегрузки Ethernet-коммутаторов, обусловленный резким возрастанием интенсивности широковещательного трафика. Включение в формат MAC-заголовка дополнительного 16-разрядного тэга 802.1Q сделало возможным разбиение сети на несколько широковещательных Ethernet-доменов второго уровня (виртуальных ЛС) и тем самым ограничило маршруты распространения трафика. Применение пакетов с тэгами открыло путь к формированию так называемых транковых портов: один такой Ethernet-порт способен передавать пакеты, относящиеся к нескольким виртуальным ЛС.

Технология VLAN предоставляет возможность сегментировать общую инфраструктуру Ethernet сети. VLAN обладает всеми атрибутами LAN, но при этом позволяет группировать оборудование даже если оно физически не находится в одном и том же LAN сегменте. Любой порт коммутатора может принадлежать VLAN и все виды пакетов (unicast, multicast, broadcast) будут передаваться устройствам, подключенным только к данному VLAN. Взаимодействие оборудования, расположенного в разных VLAN возможно только с использованием маршрутизаторов при соответствующей конфигурации. Использование данной технологии в сети оператора связи на уровне доступа и агрегации позволяет разделить трафик различных пользователей, использующих общую инфраструктуру оператора, тем самым обеспечив безопасность и целостность данных пользователя. Схема использования технологии VLAN представлена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 Технология 802.Q в сети оператора

При использовании указанной технологии на порт пограничного коммутатора оператора приходит Ethernet фреймы с данными пользователя на котором производится тегирование потока меткой с уникальным номером VLAN ID. Далее уже тегированный трафик передается по сети оператора. Так как VLAN ID является уникальным для сети оператора, то на всем протяжении сети поток клиента будет отделен от потоков других пользователей и поступит на только те выходные порты коммутаторов, которые настроены на этот VLAN. На исходящем порту снимается метка VLAN и в сторону пользователя уходит Ethernet фрейм.

Рисунок 2.6 Преобразование формат кадра Ethernet при добавлении тега 802.1q

Для хранения номера виртуальной сети в стандарте IEEE 802.1Q предусмотрен дополнительный заголовок в два байта, который используется совместно с протоколом 802.1p. Помимо трех бит для хранения значения приоритета кадра, как это описывается стандартом 802.1p, в этом заголовке 12 бит служат для хранения номера виртуальной сети, которой принадлежит кадр. Эта дополнительная информация называется тегом виртуальной сети (VLAN TAG) и позволяет коммутаторам разных производителей создавать до 4096 общих виртуальных сетей. Такой кадр называют «отмеченный» (tagged)(рисунок 2.6). Длина отмеченного кадра Ethernet увеличивается на 4 байт, так как помимо двух байтов собственно тега добавляются еще два байта. При добавлении заголовка 802.1Q поле данных уменьшается на два байта.

Q-in-Q

Виртуальные частные сети (VPN) предоставляют корпоративным заказчикам возможность объединения своих распределенных сетей посредством использования общей инфраструктуры, построенной в основном на основе технологии Ethernet, с тем же самым уровнем безопасности, надежности, управляемости, который возможен в частных сетях. Функциональность туннелирования была разработана для поставщиков услуг, операторов, которые осуществляют передачу трафика клиентов через свою сеть и вынуждены обеспечить поддержку конфигураций VLAN и протоколов 2 уровня клиента вне зависимости от конфигурации другого. Коммерческие пользователи зачастую имеют специфические требования к нумерации VLAN. Требования различных пользователей к диапазону номеров VLAN ID могут совпадать и в таком случае, трафик различных клиентов может перемешаться в сети оператора. Назначение конкретного VLAN ID пользователю ограничивает последнего в выборе номера. Использование функции туннелирования трафика 802.1Q позволяет оператору использовать единственный VLAN ID для передачи пользовательского трафика, уже состоящего из нескольких VLAN. Выделяемый VLAN ID закрепляется за пользователем и трафик различных клиентов в сети оператора разделяется.

На рисунок 2.7 представлена схема подключения пользователя в случае прихода с его стороны тэгированного трафика.

Рисунок 2.7 Технология Q-in-Q в сети оператора

Трафик, тегированный определенными VLAN ID, выходит из порта пользовательского устройства, настроенного на работу в режиме транка 802.1Q и поступает на порт пограничного коммутатора оператора связи, настроенный в режиме тунеллирования. Соединение между пользовательским устройством и пограничным коммутатором является ассиметричным, т.к. с одной стороны порт настроен как 802.1Q транк, а с другой – туннель. Туннельному порту назначается уникальный VLAN ID, что позволяет разделять трафик различных клиентов внутри сети оператора. При поступлении пользовательский трафик тегируется с использованием заданного VLAN ID (Metro Tag) и передается в сеть оператора. При приходе пакета на выходной пограничный коммутатор дополнительная метка снимается и в направлении пользователя отправляется поток данных в том виде, в каком он был получен на входе сети оператора (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 Структура кадра Ethernet Q-in-Q

Остальные протокола рассмотрим менее подробно.

STP.

В сетях Ethernet коммутаторы поддерживают только древовидные, то есть не содержащие петель связи. И именно технология Spanning Tree Protocol (STP) позволяет создавать отказоустойчивые топологии канального уровня (Layer 2 OSI) типа «кольцо», являясь совершенно прозрачной для вышестоящего стека сетевых протоколов (IP).

Принцип действия STP выглядит следующим образом. После активирования коммутаторы обмениваются специальными информационными пакетами (BPDU) с помощью которых вначале выбирается корневой мост (который будет в итоге находиться на вершине древовидной структуры) а затем кратчайшие (в смысле пропускной способности) пути от каждого из коммутаторов до корневого. В конечном итоге формируется логическая беспетельная топология путем блокирования некоторых избыточных связей (портов).

В настоящее время в основном используется Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) – учитывающий ограничения и недостатки STP стандарта.

OSPF.

Протокол маршрутизации Open Shortest Path First (OSPF) тоже находит себе применение в сетях Metro. Он позволяет строить отказоустойчивые топологии сетевого уровня (Layer 3 OSI). Например в случае организации нескольких резервных каналов между маршрутизаторами. В отличие от STP, OSPF допускает использование всех имеющихся линий связи.

MPLS.

Самой передовой технологией для построения операторских сетей является Multiprotocol Label Switching (MPLS), как наиболее эффективная архитектура для передачи IP трафика.

Для продвижения данных по сети MPLS использует технику, известную как коммутация пакетов по меткам. На входе в MPLS домен пакеты получают метки, которые определяют маршруты их следования, а на выходе – удаляются. В ядре сети поддерживается только коммутация по меткам, что обеспечивает решение основной задачи – быстрой передачи пакетов. Кроме того, MPLS поддерживает и другие дополнительные сервисы: Traffic Engineering (TE), QoS, VPN, EoMPLS и AToM. Их подробное рассмотрение выходит за рамки текущего обзора. Оборудование, поддерживающее MPLS, на данном этапе построения Metro Ethernet сети не используется.

DSL - Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия). DSL является технологией, позволяющей значительно расширить полосу пропускания старых медных телефонных линий, соединяющих телефонные станции с индивидуальными абонентами. Абонент, пользующийся в настоящий момент обычной телефонной связью, имеет возможность с помощью технологии DSL значительно увеличить скорость своего соединения, например, с сетью Интернет. Для организации линии DSL используются именно существующие телефонные линии; данная технология не требует прокладывания дополнительных телефонных кабелей. В результате - круглосуточный доступ в сеть Интернет с сохранением нормальной работы обычной телефонной связи. Благодаря многообразию технологий DSL пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных — от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Данные технологии позволяют также использовать обычную телефонную линию для таких широкополосных систем, как видео по запросу или дистанционное обучение. Технологии DSL обеспечивают возможность организации высокоскоростного доступа в Интернет в каждый дом или на каждое предприятие среднего и малого бизнеса, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. Скорость передачи данных зависит только от качества и протяженности линии, соединяющих пользователя и провайдера. При передаче аналоговых сигналов используется только небольшая часть полосы пропускания витой пары медных телефонных проводов; при этом максимальная скорость передачи, которая может быть достигнута с помощью обычного модема, составляет около 56 Кбит/с. DSL представляет собой технологию, которая исключает необходимость преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую форму и наоборот. Цифровые данные передаются на компьютер именно как цифровые данные, что позволяет использовать гораздо более широкую полосу частот телефонной линии. При этом существует возможность одновременно использовать и аналоговую телефонную связь, и цифровую высокоскоростную u1087 передачу данных по одной и той же линии, разделяя спектры этих сигналов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23