МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ СЕТИ

В настоящее время к фирмам, занимающихся сетевыми решениями, все большее количество заказчиков обращаются с необходимостью передавать информацию различной природы, такую как, данные, голос, видео, по сетям передачи данных (СПД). Поэтому на сегодняшний день стоит вопрос о построении сетей, способных удовлетворять все эти потребности. Такие сети мы называем сетями передачи данных с интеграцией услуг или мультисервисными сетями (МС).

Современные требования к мультисервисным сетям, обслуживающим различные информационные системы, предусматривают следующее:
· МС должна обеспечивать передачу разнородного, мультимедийного трафика (данные, голос, видео),
· МС должна обеспечивать требуемое качество сервиса при передаче мультимедийного трафика.
· МС должна предоставлять возможность построения виртуальных частных сетей для корпоративых заказчиков.
· МС должна обеспечивать высокоскоростной доступ конечных пользователей к сетевым ресурсам.
· МС должна обеспечивать надежное функционирование за счет возможности дублирования своих компонентов и возможности их оперативной замены,

Такие высокие требования к мультисервисной СПД предполагают создание некоторых принципов и методов ее проектирования. Исходя из общей практики построения СПД, можно отметить, что любая современная сеть передачи данных может быть разбита на следующие основные уровни:
· Опорный - высокопроизводительное ядро сети, предоставляющее транспортные услуги между объектами. Опорный уровень проектируется с целью высокоскоростной передачи пакетов. На данном уровне не предполагается каких-либо манипуляций с содержимым пакетов (таких как фильтрация или уровни доступа), которые могут приводить к снижению производительности опорного уровня.
· Промежуточный - уровень, определяющий интеграцию информации различной природы, некоторые параметры адресации, управления трафиком, обеспечения гарантированного качества предоставляемого сервиса (QoS), параметры широковещательных сообщений, политику безопасности, и т.д.
· Пользовательский - система, предоставляющая доступ в сеть передачи данных конечным пользователям, под которыми подразумеваются, конечно, и корпоративные пользователи.

Рисунок 1. Построение мультисервисной сети.

Следуя данной модели, ставящиеся перед проектированием сети требования к отказоустойчивости и качеству передачи мультимедийных данных (в частности голоса), предполагают следующий подход. В начале осуществляется проектирование опорной сети передачи данных, которая обеспечивает надежную доставку информации от одного узла системы к другому, автоматический выбор пути передачи информации при отказе основных каналов связи или их большой загруженности, а также обеспечивает надлежащий уровень сервиса для одновременной передачи данных и голоса. Затем в сеть включается оборудование, обеспечивающее возможность одновременной передачи голосового трафика, данных от маршрутизаторов, данных финансовых транзакций в соответствии с протоколом X.25 или X.28 и обеспечение абонентского доступа к этим устройствам.

Опорный уровень

Опорный уровень сети должен обеспечивать высокоскоростную передачу пакетов между узлами, максимально используя полосу пропускания. Опорные сети обязаны агрегировать разнородный траффик, предоставляемый сетями промежуточного уровня (пограничными сетями), и обеспечивать прозрачный транспорт для передачи этой информации. Для того, чтобы решить данные задачи, опорные сети должны использовать мощные коммутаторы, объединенные волоконнооптическими каналами с использованием самых передовых оптических технологий, таких как, SDH/SONET и DWDM.

Рисунок 2. Пример построения опорной сети.

Другим ключевым моментом, определяющим принципы построения опорных сетей, является отказоустойчивость и постоянная доступность опорной сети для передачи информации, без потери качества предоставляемых услуг при возникновении сбоя. Для обеспечения этих требований, сети опорного уровня должны использовать следующие основные элементы.
· возможность использования резервных каналов связи между узлами сети;
· возможность использования резервных источников питания;
· возможность физического резервирования коммуникационных процессоров;
· возможность резервирования центральных процессоров.

Рисунок 3. Отказоустойчивость : дублирование каналов.

Наиболее важным и, в то же время, наименее надежным элементом системы передачи данных являются магистральные каналы связи. Это приводит к неработоспособности опорной сети, Если учитывать большую стоимость простоя высокоскоростных каналов и передаваемой по ним информации, то появляется необходимость их дублирования.

В случае построения сети по топологии "звезда" необходимо организовать дополнительные каналы связи между центральным узлом и периферийными узлами. Получившаяся топология позволяет использовать второй канал как резервный и задействуемый при отказе основного. В случае же, если сетевое оборудование поддерживает технологию оптимизации загрузки каналов связи, получается канал с увеличенной пропускной способностью. Такая схема соединений предполагает значительное увеличение стоимости каналов связи, за счет необходимости их дублирования.

Более эффективная схема, с точки зрения стоимости, является схема, где сетевое оборудование соединено по топологии "сеть". При такой схеме соединения устройства используют "обходные" пути для передачи трафика, если произошел отказ основного канала связи.

Рисунок 4. Отказоустойчивость : топология <Сеть>.

"Сетевая" топология имеет ряд преимуществ :
· меньшая стоимость (например для сети из 3-х устройств добавляется стоимость только одного канала связи, а не 2-х как в топологии "звезда")
· обеспечивается более быстрая передача информации между "удаленными" объектами, так как трафик передается непосредственно с одного объекта на другой, а не через центр.

Для оптимизации загрузки каналов, используемых в опорных сетях и для обеспечения большого количества предоставляемых услуг, используются различные сетевые технологии управления трафиком, управления топологией. "Интеллектуальные" устройства, будучи соединены между собой каналами связи с помощью протоколов ATM или FastPacket, способны обмениваться между собой информацией о доступности каналов и об их загрузке. На основе этой информации, доступной каждому устройству в опорной сети, принимаются решения:
· о перестройке логической топологии соединений;
· о перенаправлении потоков в обход неработоспособных каналов,
· об оптимальном перераспределении трафика с наиболее загруженных участков на менее загруженные и т.д.

Существует несколько технологий, позволяющих решить это задачу.

AutoRoute

Управляющее программное обеспечение коммутаторов ориентировано на использовании соединений между процессорными модулями устройств, составляющих основу сети. Это позволяет автоматически создавать новые виртуальные соединения и менять их путь в сети в случае выхода из строя канала передачи данных или устройства в целом. AutoRoute может быть так же использована для оптимизации загрузки каналов, чтобы не превышать допустимый порог, приводящий к ухудшению предоставляемого потребителям качества услуг.

OptiClass

Определенное качество услуг может быть гарантировано на уровне каждого виртуального соединения. Можно выбрать и гарантировать минимальную скорость передачи данных, которая обеспечит необходимый уровень услуг для виртуального канала. Вместе с AutoRoute эти функции предоставляют новый уровень услуг конечным приложениям, обеспечивая передачу данных с еще большей скоростью и лучшим использованием пропускной способности устройств. Неиспользуемая в данный конкретный момента полоса передачи может быть передана во временное использование другим потребителям, если в этом есть необходимость.

ForeSight

Данная технология управления трафиком позволяет значительно сократить потерю фреймов и ячеек при возникновении заторов в сети за счет более эффективного управления такими ситуациями, буферизации. Технология позволяет достичь загрузки магистральных каналов до 99%, по сравнению с возможными загрузками в 70% при традиционных механизмах управления. Технология ForeSight соответствует основанным на анализе скоростных параметров соединения управлением трафиком, определенным в спецификациях ATM Forum 4.0 и является единственным воплощением этой технологии для сетей Frame Relay.

FairShare

Это патентованная технология обработки очередей и скоростных параметров виртуальных соединений. Технология предоставляет возможность избежать блокировки критически важных виртуальных каналов за счет создания очередей на каждое виртуальное соединение, а не одной очереди на весь канал, как это делается традиционно.

Пограничный уровень

Следующим рассматриваемым уровнем является промежуточный или пограничный уровень. Основной задачей пограничной сети является доставка мультимедийного трафика от оборудования пользовательского доступа по различным интерфейсам с обеспечением необходимого качества сервиса. Для решения этой задачи необходимо использовать специальные "мультимедийные" мультиплексоры, позволяющие использовать традиционные сети передачи данных для одновременной передачи данных различной природы.

Рисунок 5. Построение пограничной сети.

Для передачи голоса характерно использование пакетов малой длины, что предполагает в случае потери незначительно ухудшить общее качество речи (в этом случае допустима потеря 2-3-х пакетов подряд). Для передачи данных ЛВС характерны пакеты большой длины. Поэтому в случае "неразборчивой" передачи пакетов по одному каналу передачи, большие пакеты от ЛВС, перемежаясь с малыми голосовыми пакетами, вызовут неравномерные задержки при передаче голосовых пакетов, что ухудшит качество передачи речи. Для передачи финансовых данных от "неинтеллектуальных" финансовых терминалов характерны требования к надежной доставке пакетов. Очевидно, что для одновременной передачи таких разнородных по свойствам потоков данных необходимо устройство, умеющее различать природу информации и устанавливать приоритеты исходящим пакетам.

Пользовательский уровень

Пользовательский уровень или уровень доступа решает задачи подключения абонентов к поставщикам сетевых услуг по различным линиям связи. Существует множество методов пользовательского доступа. Эти методы можно разделить на проводные и беспроводные. Среди проводных методов можно отметить следующие:
· Коммутируемый (dial-up)
· ISDN
· xDSL.

Традиционным методом пользовательского доступа к сетевым ресурсам является коммутируемый (dial-up) доступ. Однако, на настоящий момент, данный метод не удовлетворяет пользователей по различным причинам:
· Низкая скорость - максимально 56 kbps
· Перегруженность городских АТС
· Ненадежность соединения.

Среди проводных методов доступа можно выделить средства доступа по волоконнооптическим линиям. Однако данное решение не является типичным для России, ввиду его высокой стоимости. С моей точки зрения наиболее перспективными технологиями, являются технологии семейства xDSL (ADSL, RADSL, HDSL, SDSL, VDSL), позволяющие решать задачи пользовательского доступа на скоростях до 6 Mbps по существующей инфраструктуре медных проводов, с возможностью передачи разнородного трафика и сохранения услуг традиционной телефонии.

В целях решения проблемы лавинообразного роста спроса на доступ к различным сетевым услугам, предлагается использовать системы массового доступа DSLAM.

Рисунок 6. Пример сети передачи данных с интеграцией услуг.

В заключении, хотелось бы отметить, что при проектировании мультисервисных сетей необходимо тщательно подходить ко всем вышеперечисленным уровням, учитывая их взаимодействие и используя самые передовые сетевые технологии и оборудование, которое обеспечивает выскую надежность и производительность.

(С) Илья В.Сериков,
Cisco Certified : CCNP,CCDA