Носач Константин Викторович
Факультет КИТА, группа ТКС-00
Тема магистрской работы:
«МОДЕРНИЗАЦИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ АТМ В УСЛОВИЯХ Г.МАКЕЕВКИ».
Руководитель: Дегтяренко И.В.
Тема магистрской работы:
«МОДЕРНИЗАЦИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ АТМ В УСЛОВИЯХ Г.МАКЕЕВКИ».
Руководитель: Дегтяренко И.В.
| Автобиография | Диссертация | Библиотека | Ссылки | Результаты поиска| Индивидуальное задание |
Тенденції розвитку сучасних телекомунікаційних мереж характеризується інтеграцією різних видів мережних сервісів і різким збільшенням обсягу переданої інформації. Пройшли часи, коли для окремого виду сервісу створювалася окрема мережа. Одним з найбільш перспективних напрямків телекомунікацій є створення мультисервісних мереж. Мультисервісна мережа - це універсальна мережа здатна робити різні послуги, у тому числі послуги телефонії й передачі даних.
АТС-22 5ESS входить до складу міської телефонної мережі Макіївки. Інші АТС є декадно-кроковими, це АТС-3, АТС-4, АТС-5, АТС-6, крім АТС-7 координатної і зв'язані з 22-ю з'еднувальними лініями ИКМ-32 чи мережею SDH. Також у 22-й є виносні модулі RISLU-1, RISLU-2, RISLU-3, RISLU-4 вони з'єднуються через оптоволокно (SDH). Схема мережі приведена на мал. 1.
Також є 3 мультиплексора Lucent technologies два ADM 4/1 і один ISM-2000. Вони входять до складу транспортної мережі SDH(рис 2).
Мережа SDH з'єднує всі станції і виносні модулі 5ESS. Для передачі використовується потік STM-1 155 Мбіт/с. Мультиплексори є мультиплексорами вводу-виводу, мають три трибутарні плати «захід», «схід» і плата захисту. Перші дві мають два порти на передачу і прийом. Вхідні потоки 2-х мегабітні. На кінцевих станціях установлені термінальні мультиплексори, тобто структура мережі не кільцева. Термінальний мультиплексор – це той же мультиплексор вводу-виводу, але без однієї трибутарной плати «захід», або «схід».
Забезпечення доступу в інтернет.
Укртелеком пропонує три види доступу до інтернет:
Підключення, що комутується, здійснюється через комутатор AS5300 восьмипортовий, розрахований на 240 абонентів(30х8), але в даний момент використовуються два порти.
Доступ через виділені лінії підтримується за допомогою комутатора Cisco 2511 (мал. 2.3), до якого мають можливість підключення асинхронні модеми (16 портів) і синхронні(2 порти), швидкості яких 64к ё 2 Мбіт/с і 8 к ё 36,6 кбіт/с відповідно. Ці модеми є власністю організацій, що їх використовують.
xDSL-доступ здійснюється за допомогою устаткування фірми Сиріус. Використовуються модеми Сиріус-128, що надаються Укртелекомом. Максимально можлива кількість абонентів 30 (кількість модемів у стійці на даний момент). Швидкість обмежена швидкістю передачі com-порту 115,2 кбіт/с.
Також мається мультипротокольний маршрутизатор/міст з вбудованим DSL-модемом. У данній конфігурації він використовується як міст.
Все устаткування (AS5300, Cisco 2511, Сиріус-128, Prestige 128L) з'єднується Ethernet комутатором Catalist 2924XL. Він у свою чергу підключений до одного з двох маршрутизаторів NX 300. Причому останні з'єднані за протоколом Frame Relay зі швидкістю Е1 за таким ж протоколом здійснюється з'єднання з донецьким маршрутизатором Motorola. До другого маршрутизатора через порт Ethernet, підключається локальна мережа макіївського відділення ДД Укртелеком.
Загальний аналіз існуючої мережі
Спектр наданих послуг вузький: звичайна телефонія, електронна пошта, факсимільні повідомлення, і доступ до глобальних ресурсів на швидкості не більш 155 кбіт/с, можливе надання послуг Frame Relay. Також існує оренда каналів SDH, інтернет провайдерами. Приблизна кількість домашніх користувачів (за умови повної завантаженості виділених ліній), що можуть працювати в мережі інтернет, з огляду на конфігурацію на даний момент, складає:
А саме, кількість домашніх абонентів на всю Макіївку складає 8 чоловік, а це вкрай мало. А з огляду на значний ріст економіки в останні роки, і інтеграції України в Європейський союз, і інші співтовариства, виникне необхідність підприємств, навчальних закладів і фірм у зв'язках з партнерами, як в Україні, так і за кордоном. А це означає необхідність у відеоконференціях, телефонії, голосовій пошті і д.т., що веде до необхідності збільшення полоси пропскання. Адже для організації тільки одного каналу для передачі кольорового телевізійного зображення необхідна смуга пропущення в районі 30 Мбіт/с. А це значно перевищує пропускну здатність наявного каналу. А тому що трафік буде різнорідний (мультимедійний і комп'ютерний) і таким, що має різні вимоги до мережі, то виникає необхідність у його поділі на класи. Що може надати технологія АТМ. Єдиним конкурентом для АТМ у цьому плані є Frame Relay, але для транспортної мережі, швидкість у 2Мбіт/з є недостатньої.
Основними недоліками даної мережі є:
Технологія АТМ розроблена як єдиний універсальний транспорт для нового покоління мереж з інтеграцією послуг, що називаються широкополосними мережами ISDN(B-ISDN). АТМ здатна забезпечити наступні можливості:
АТМ поєднує в собі підходи двох технологій – комутації пакетів і комутації каналів. Від першої вона взяла на озброєння передачу даних у виді пакетів, що адресуються, а від другої – техніку віртуальних каналів і використання пакетів невеликого фіксованого розміру, у результаті, затримки стають прогнозованими. Розмір пакета (комірки) складає 53 байта, з яких 5 байт службової інформації і 48 байт даних. Такий розмір комірки дає незначну затримку передачі (при швидкості 155Мбіт/з вона складає 3мкс). Ще одним фактором, що впливав на розмір комірки, є затримка пакетизації (час, у плині якого перший байт чекає моменту остаточного формування комірки). При розмірі поля даних у 48 байт одна комірка АТМ звичайно переносить 48 вимірів голосу, які утворюються з інтервалом 125мкс. По цьому перший вимір повинний чекати 6 мс, тому що це затримка близька до межі, за якою починаються порушення якості передачі голосу. При ще меншому розмірі комірки затримка пакетизації зменшилася, але зросли накладні витрати на передачу (надмірність службової інформації). У такий спосіб розмір комірки в 53 байта, є компромісом між передачею трафіка чуттєвого до затримок і трафіком даних.
Вибір для передачі даних будь-якого типу невеликої комірки фіксованого розміру ще не вирішує задачу сполучення різнорідного трафіка в одній мережі, а тільки створює передумови для її рішення. Для повного рішення цієї задачі технологія ATM залучає і розвиває ідеї замовлення пропускної здатності, і якості обслуговування, реалізовані в технології frame relay. Але якщо мережа frame relay споконвічно була призначена для передачі тільки пульсуючого комп'ютерного трафіку (у зв'язку з цим для мереж frame relay так важко дається стандартизація передачі голосу), то розроблювачі технології ATM проаналізували всілякі зразки трафіку, створювані різними додатками, і виділили 4 основних класи трафіку, для яких розробили різні механізми резервування і підтримки необхідної якості обслуговування. Клас трафіку (названий також класом послуг - service class) якісно характеризує необхідні послуги для передачі даних через мережу ATM. Якщо додаток указує мережі, що потрібно, наприклад, передача голосового трафіку, то з цього стає ясно, що особливо важливими для користувача будуть такі показники якості обслуговування, як затримки і варіації затримок комірок, що істотно впливають, на якість переданої інформації - чи голосу зображення, а втрата окремого комірки з декількома вимірами не так уж важливий, тому що, наприклад, що відтворює голос пристрій може апроксимувати відсутні виміри і якість постраждає не занадто. Вимоги до синхронності переданих даних дуже важливі для багатьох додатків - не тільки голосу, але і відеозображення, і наявність цих вимог сталася першим критерієм для розподілу трафіку на класи. Іншим важливим параметром трафіку, що істотно впливає на спосіб його передачі через мережу, є величина його пульсацій. Розроблювачі технології АТМ вирішили виділити два різних типи трафіку у відношенні цього параметра - трафік з постійною бітовою швидкістю (Constant Bit Rate, CBR) і трафік з тимчасовою бітовою швидкістю (Variable Bit Rate, VBR). До різних класів були віднесені трафіки, породжувані додатками, що використовують для обміну повідомленнями протоколи з установленням з'єднань і бeз установлення з'єднань. У першому випадку дані передаються самим додатком досить надійно, як це звичайно роблять протоколи з установленням з'єднання, тому від мережі ATM високої надійності передачі не потрібно. В другому випадку додаток працює без установлення з'єднання і відновленням загублених і перекручених даних не займається, що висуває підвищені вимоги до надійності передачі комірок мережею ATM. У результаті було визначено п'ять класів трафіку, що відрізняються наступними якісними характеристиками:
Основні характеристики класів трафіку ATM приведені в табл.1.
| Клас трафіку | Характеристика |
| A | Постійна бітова швидкість - CBR. Вимагаються тимчасові співвідношення між переданими і прийнятими даними. З установленням з'єднання.Приклади: голосовий трафік, трафік телевізійного зображення |
| B | Перемінна бітова швидкість - VBR. Вимагаються тимчасові співвідношення між переданими і прийнятими даними. З установленням з'єднання. Приклади: голос та відеозображення, які компресовані |
| C | Перемінна бітова швидкість - VBR. He вимагаються тимчасові співвідношення між переданими і прийнятими даними. З установленням з'єднання. Приклади: трафік комп'ютерних мереж, у яких кінцеві вузли працюють по протоколах із установленням з'єднань: frame relay, X.25, LLC2, TCP |
| D | Перемінна бітова швидкість - VBR. He вимагаються тимчасові співвідношення між переданими і прийнятими даними. Без установлення з'єднання. Приклади: трафік комп'ютерних мереж, у яких кінцеві вузли працюють по протоколах без установлення з'єднань (IP, Ethernet, DNS, SNMP) |
| X | Тип трафіку і його параметри визначаються користувачем. |
Очевидно, що тільки якісних характеристик, що задаються класом трафіку, для опису необхідних послуг виявляється недостатньо. У технології ATM для кожного класу трафіку визначений набір кількісних параметрів, що додаток повинний задати. Наприклад, для трафіку класу А необхідно вказати постійну швидкість, з яким додаток буде посилати дані в мережу, а для трафіку класу В - максимально можливу швидкість, середню швидкість і максимально можливу пульсацію. Для голосового трафіку можна не тільки вказати на важливість синхронізації між передавачем і приймачем, але і кількісно задати верхні границі затримки і варіації затримки комірок.
У технології ATM підтримується наступний набір основних кількісних параметрів:
Параметри швидкості виміряються в комірках у секунду, максимальний розмір пульсації - в комірках, а тимчасові параметри - у секундах. Максимальний розмір пульсації задає кількість комірок, що додатку може передати з максимальною швидкістю PCR, якщо задана середня швидкість. Частка загублених комірок є відношенням загублених комірок до загальної кількості відправлених комірок по даному віртуальному з'єднанню. Тому що віртуальні з'єднання є дуплексними, то для кожного напрямку з'єднання можуть бути задані різні значення параметрів.
У технології ATM прийнятий не зовсім традиційний підхід до трактування терміна "якість обслуговування" - QoS. Звичайна якість обслуговування трафіку характеризується параметрами пропускної здатності (це RCR, SCR, MCR, MBS), параметрами затримок пакетів (CTD і CDV), а також параметрами надійності передачі пакетів (CLR). У ATM характеристики пропускної здатності називають параметрами трафіку і не включають їх у число параметрів якості обслуговування QoS, хоча власне кажучи вони такими є. Параметрами QoS у ATM є тільки параметри CTD, CDV і CLR. Мережа намагається забезпечити такий рівень послуг, щоб підтримувалися необхідні значення і параметрів трафіку, і затримок комірок, і частки загублених комірок.
У випадку перевантаження пропускної здатності для збереження мінімальної затримки ATM може відкидати окремі комірки при перевантаженні. Реалізація стратегії відкидання комірок залежить від виробника устаткування ATM, але в загальному випадку звичайно відкидаються комірки з низьким пріоритетом (наприклад, дані) для який досить просто повторити передачу без втрати інформації. Комутатори ATM з розширеними функціями можуть при відкиданні комірок, що є частиною великого пакета, забезпечити відкидання й комірок, що залишилися, з цього пакета - такий підхід дозволяє додатково знизити рівень навантаження і позбутися від зайвого обсягу повторної передачі. Правила відкидання комірок визначаються QoS.
Угода між додатком і мережею ATM називається трафік-контрактом. Основною його відмінністю від угод, застосовуваних у мережах frame relay, є вибір одного з декількох визначених класів трафіку, для якого поряд з параметрами пропускної здатності трафіку можуть указуватися параметри затримок комірок, а також параметр надійності доставки комірок. У мережі frame relay клас трафіку один, і він характеризується тільки параметрами пропускної здатності. Необхідно підкреслити, що завдання тільки параметрів трафіку (разом з параметрами QoS) часто не цілком характеризує необхідну послугу, тому завдання класу трафіку корисно для уточнення потрібного характеру обслуговування даного з'єднання мережею.
У деяких випадках специфіка додатка така, що її трафік не може бути віднесений до одного з чотирьох стандартних класів. Тому для цього випадку введений ще один клас X, що не має ніяких додаткових описів, а цілком визначається тими кількісними параметрами трафіку і QoS, що обмовляються в трафік-контракту.
Якщо для додатка не критична підтримка параметрів пропускної здатності і QoS, то воно може відмовитися від завдання цих параметрів, вказавши ознаку "Best Effort" у запиті на встановлення з'єднання. Такий тип трафіку одержав назву трафіку з невизначеною бітовою швидкістю - Unspecified Bit Rate, UBR. Після угодження трафік-контракту, що відноситься до визначеного віртуального з'єднання, у мережі ATM працює кілька протоколів і служб, що забезпечують потрібну якість обслуговування. Для трафіку UBR мережа виділяє ресурси по можливості, тобто ті, котрі в даний момент вільні від використання віртуальними з'єднаннями, що замовили визначені параметри якості обслуговування.
Технологія ATM споконвічно розроблялася для підтримки як постійних, так і віртуальних каналів, що комутуються, (на відміну від технології frame relay, довгий час не підтримуючі віртуальні канали, що комутуються). Автоматичний висновок трафік-контракту при встановленні віртуального з'єднання, що комутирується, являє собою дуже непросту задачу, тому що комутаторам ATM необхідно визначити, чи зможуть вони надалі забезпечити передачу трафіку даного віртуального каналу поряд із трафіком інших віртуальних каналів таким чином, щоб виконувалися вимоги якості обслуговування кожного каналу.
Для побудови мережі ATM скористаємося змішаною топологією. Дана топологія використовувалася попередньою транспортною технологією (SDH), тобто немає необхідності в прокладці додаткових ліній зв'язку. Це значно знизить витрати часу і коштів на модернізацію існуючої мережі, тому що можна буде використати існуючою кабельну інфраструктуру. Залишається монтаж і настроювання устаткування АТМ.
Структурна схема мережі.
Телекамунікаційна мережа складається з дев'яти комутаторів АТМ до кожного з який підключені одна ГТС і мережа передачі даних. У якості СПД може виступати будь-яка технологія локальних (LAN) і глобальних (WAN) мереж. Зі схеми видно що відбувається поділ голосового трафіку і трафіку передачі даних, тобто АТС вже не задіяна у передачі трафіку даних. А подальше об’єднання різнорідного трафіку здійснюється комутаторами АТМ.
Дана структура дозволяє звільнити ГТС від не властивих їм функцій, і дозволити надавати нові послуги критичні до затримок і для який необхідна пропускна здатність більш 64кбіт/з(56кбіт/с).
У табл. 2 приведені деякі основні характеристики деяких АТМ-комутаторів різних фірм.
| Найменування - ф і р м и і комутатора | Cisco LightStream 1010 | Fore Systems ForeRunner АSХ-200 | Digital Equipment GIGAswitch/ATM |
| Швидкість АТМ (Мб/с) | 155 і 622 | 622 | 155 |
| Архітектура комутатора | Загальна пам'ять | Внутрішня фізична шина | Перехресний комутатор (кроссбар) 13x13 |
| Максимальне число портів | 32(155М) і 8(622М) | 24 | 52 |
| Число портів для ЛС/для СОП | для СОП до 16 | 24/2 | 52(max)/52(max) |
| Пропускна здатність (Гб/с) | 5 | 2,5 | 10,4 |
| Ємність буфера на вході | - | Вхідних буферів немає | 128КВ на ланку 155 Мб/с |
| Ємність буфера на виході | - | 13000 | - |
| Загальна ємність буфера | 65536 | 56000 | 6,6МБ |
| Схема керування буфером | Входи використовують загальну пам'ять для організації вихідних черг | Вихідна буферизація з чергами двох пріоритетів | Підбудовуються під віртуальні канали буферы; фиксир. ємність на ланку |
| Затримка проходження (мкс) | - | 10 | 10 |
| Розподіл смуги на ланці | є | є | є |
| Установлення ПВС/КВС | є/є | є/є | є/є |
| Забезпечення служб CBR/VBR | є/є | є/є | є/є |
| Кількість одновр. сеансів VBR на ФК | - | 12000(mах) | 250 (max) |
| Кількість сеансів CBR на ФК | - | 12000(mах) | 180 одночасно |
| Загальна кількість сеансів зв'язку | 32000 (mах) | 16000(mах) | 4095 на ланку (mах) |
| Забезпечення UNI 3.0 | є | є | є |
| Робота з іншими комутаторами | є | є | є |
| Робота з адаптерами інших фірм | є | є | є |
| Керування комутатором | SNМР | SNМР | SNМР |
| ПО для пріоритетів по навантаженню | є | є | є |
| ПО для керування перевантаженнями | є | є | є |
З представленого обладнання можна відзначити комутатор LS1010, що цілком підтримує специфікації Форуму АТМ. LS1010 підтримує дві швидкості цифрової ієрархії STM-1(155Mbps) і STM-4 (622Mbps). А це означае, що при необхідності в збільшенні пропускної здатності з 155Мбіт/з до 622Мбіт/з, для цього досить поміняти плату, а не весь комутатор. Він являє собою модульний, з здатністю комутації в 5Гбит/с АТМ-комутатор без блокування. Комутатор забезпечує QoS за вимогою, підтримує NNI-інтерфейс, а також сигналізацію UNI(3.0, 4.0), підтримує SNMP-керування.
Вибір устаткування мережі доступу.
У таблиці 3 приведені характеристики двох пристроїв доступу фірми Lucent Technologies.
| Модель | Stinger LS | DSL TNT |
| Транкові інтерфейси | DS3/E3, STM-1 ATM | T1/E1 PRI, DS3 FrameRelay, DS3 ATM, OC-3 ATM |
| Інтерфейси ЛОМ | немає | 10/100 Base-T Ethernet |
| Кількість слотів розширення | 5-7 | 16 |
| Типи модулів розширення | ADSL, HDSL2, SDSL, G.lite | IDSL, SDSL, RADSL |
Для підключення абонентів виділених ліній (ADSL) вибираємо пристрій доступу xDSL StingerLS. Так як воно забезпечує всі переваги АТМ у мультисервісних мережах, включаючи низьку вартість установки, функціонування і супроводу, ефективне керування полоси пропускання. Высокошвидкісна комутаційна матриця АТМ концентратора дозволяє забезпечити наскрізну якість обслуживанияQoS, а керування полосою пропускання і приоритезації з урахуванням правил дають можливість установлювати різні класи обслуговування абонентів.
Абоненти ЛОМ будуть підключатись до комутатора Catalyst 5500. Він має інтерфейси АТМ (STM-1) для підключення до комутатора LS1010 і інтерфейси 100Base для підключення міської ЛОМ.
У ході аналізу існуючих апаратних засобів, були обрані:
На функціональній схемі пердставлена структура мережі одного з комутаційних вузлів комунікаційної мережі м.Макіївка. Основою комутаційного вузла є АТМ-комутатор LS1010. Він має:
У якості мультиплексора доступу (DSLAM), для підключення користувачів виділених ліній, використовується устаткування фірми Lucent Stinger DSL.
Для підключення користувачів міської ЛОМ використовується устаткування фірми Cisco Catalyst 5500.
Базовим протоколом взаємодії між мережами, буде протокол IP, що є найбільше разповсюдженним у світі.
Найбільш ефективний спосіб адресації, що гарантує можливість підсумовування маршрутів, полягає в розподілі адрес у залежності від маршрутизатора (комутатора), до якого підключається мережа. Цей спосіб буде використаний для адресації клієнтів міських ЛОМ. Кожен користувач буде мати свою власну локальну адресу і пароль, для аутентифікації користувача.
Для виходу в мережу інтернет абоненти будуть одержувати (глобальні) IP-адреси автоматично, при підключенні до мережі інтернет. Такий же спосіб одержання глобальних адрес будуть мати користувачі виділених ліній (ADSL).
Основними недоліками існуючої мережі є:
Розрахунок трафіку показав, що кількість потоків Е1 у всіх ланцюжках не перевищує 63, отже транспортна мережа може працювати на рівні STM-1.
Вибрана структура мережі дозволяє звільнити ГТС від не властивих їм функцій (передача даних), і дозволити надавати нові послуги критичні до затримок і для який необхідна пропускна здатність більш 64кбіт/с (56кбіт/с).
У ході аналізу існуючих апаратних засобів, були обрані: