Рисунок 1.1 – Топология сети SDH г. Макеевки.
| Биография | Библиотека | |
| Ссылки | ||
| Результаты поиска | Магистерская работа |
Данная работа включает в себя 2 этапа:
модернизацию существующей транспортной сети связи г. Макеевки;
исследование алгоритмов адаптивной маршрутизации на базе спроектированной модернизированной сети.
Первый этап является вспомогательной работой для основного исследования, проводимого на втором этапе.
Если сделанный на данном этапе проект будет воплощен в жизнь, то абонентам г. Макеевки будут предоставляться более качественные услуги связи, причем не только телефонной, но и компьютерной.
На первом этапе объектом исследования является существующая транспортная сеть SDH г.Макеевки. Эта городская телефонная сеть включает в себя 5 АТС: 3 – АТС-ДШ, 1 – АТС-КУ, 1 – ЦСК 5ESS с 4-мя выносами. Между собой АТС связаны оптическими каналами. Данная сеть построена по топологии «цепь»:
Целью исследования является выявление и устранение недостатков сети, а также определение маршрутов трафика при нормальной работе сети и при повреждении какой-либо линии связи.
Недостатки этой сети:
Сеть, построенная по топологии «цепь», обладает слабой отказоустойчивостью. Например, при выходе из строя линии связи между HOST-03 и RISLU-2 изолированными от всей сети остаются АТС-5, RISLU-2, RISLU-3.
Но в настоящее время в связи с увеличением доли и ценности трафика данных по отношению к стандартному голосовому трафику возрастает значимость другого недостатка – неспособности сети SDH динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети, т.к. сети SDH являются сетями с коммутацией каналов, а данное свойство обеспечивается пакетными сетями.
Решение этих проблем:
Первый недостаток устраняется за счет внедрения более отказоустойчивой топологии. Кольцо является потенциально отказоустойчивой топологией – при однократном обрыве кабеля или выходе из строя мультиплексора соединение сохранится, если его направить по кольцу в противоположном направлении. Модернизированная топология сети г. Макеевки имеет следующий вид:
Для реализации первого кольца (HOST – АТС-7 – АТС-3 - RUSLU-3 – АТС-5 – АТС-4 – HOST) необходимо:
проложить 10 км одномодового волоконно-оптического кабеля между АТС-4 и АТС-5 и 16 км между RISLU-3 и АТС-3.
АТС-4, АТС-3 и RISLU-3 оборудованы терминальными мультиплексорами. Их необходимо заменить мультиплексорами ввода-вывода. Для этого достаточно в существующие мультиплексоры включить по одной агрегатной плате и сделать переконфигурацию.
Для реализации второго кольца (HOST - RUSLU-2 - RUSLU-1 - RUSLU-4 – HOST) необходимо:
проложить 5 км оптоволоконного одномодового кабеля между RISLU-1 и RISLU-4.
заменить терминальные мультиплексоры на RISLU-1 и RISLU-4 мультиплексорами ввода-вывода путем добавления агрегатных плат.
Для реализации третьего кольца (HOST – Донецк – HOST) необходимо
проложить 15 км оптоволоконного кабеля параллельно существующей линии, но по другой канализации. Если проложить кабель в уже имеющейся канализации, то теряется смысл кольца, так как повреждены могут быть оба кабеля одновременно.
Пропускная способность макеевской сети SDH ограничена не кабелем, а тем, что система работает с кадрами STM-1 (155,52 Мбит/с). Кадр STM-1 может содержать 63 стандартных цифровых потока Е1 (2,048 Мбит/с).
Для обеспечения работы кольца необходимо, чтоб и в прямом, и в обратном направлении по кольцу проходило 63 потока. Проверка выполнения этого условия показала, что сеть с модернизированной топологией может работать на уровне STM-1.
Второй недостаток устраняется за счет внедрения в макеевскую сеть технологии ATM, которая обеспечивает передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного трафика, причем для каждого вида трафика качество обслуживания соответствует его потребностям.[6]
Спроектированная АТМ сеть на основе предложенной выше кольцевой топологии смоделирована в пакете NetCraker:
Рисунок 1.3 – Модель АТМ сети г.Макеевки.
Основой транспортной сети являются АТМ-коммутаторы для связи рабочих групп LightStream 1010.[7]
Для построения сети необходимо 9 коммутаторов LightStream 1010.
Спроектированная транспортная сеть работает на уровне STM-1. Каждый LightStream 1010 имеет по 2 порта STM-1 для подключения одномодового оптоволоконного кабеля (разъем SC ).
Также к LightStream 1010 подключается коммутатор доступа к сети АТМ Catalyst 5500. Для подключения Catalyst 5500 к коммутатору LightStream 1010 используется от 1 до 5 портов Е1 в зависимости от того, сколько пользователей обслуживает данный Catalyst 5500.
Исходными данными для моделирования являются реальные значения длины линий связи и рассчитанные значения реального трафика (и телефонного, и компьютерного).
Спроектированная сеть небольшая, поэтому для неё вручную составлены таблицы статической маршрутизации, имеющие следующий вид (например, для АТМ-коммутаторов switch 1, switch 2, switch 7):
Таблица 1.1 – Таблицы статической маршрутизации.
| Сеть назначения | Адрес следующего коммутатора | Адрес выходного порта | Расстояние до сети назначения | |
| switch 1 | АТС22 | - | Switch1(1) | 0 |
| RISLU2 | Switch4(2) | Switch1(2) | 1 | |
| RISLU4 | Switch2(3) | Switch1(3) | 1 | |
| RISLU1 | Switch2(3) | Switch1(3) | 2 | |
| АТС4 | Switch9(3) | Switch1(4) | 1 | |
| АТС5 | Switch9(3) | Switch1(4) | 2 | |
| default | Switch5(2) | Switch1(5) | - | |
| switch 2 | RISLU4 | - | Switch2(1) | 0 |
| RISLU1 | Switch3(2) | Switch2(2) | 1 | |
| RISLU3 | - | Switch7(1) | 0 | |
| default | Switch1(3) | Switch2(3) | - | |
| switch 7 | АТС5 | Switch8(3) | Switch7(3) | 1 |
| АТС4 | Switch8(3) | Switch7(3) | 2 | |
| default | Switch6(2) | Switch7(2) | - |
В этом случае расстояние до сети назначения – это количество пройденных в маршруте промежуточных АТМ-коммутаторов. Но при статической маршрутизации сведения про нагрузку сети не учитываются. В смоделированной сети использованы данные про потоки трафика, которые сеть передает между своими коммутаторами.
Исследование работы сети в пакете NetCraker позволило определить основные маршруты, которые совпали со статическими, и резервные, которые включаются при повреждении основных каналов.
Итак, на первом этапе работы проведены модернизация сети, которая помогла устранить два серьезных недостатка существующей транспортной сети, и моделирование спроектированной сети, благодаря которому была исследована её работа при нормальном функционировании и в случае выхода из строя какой-либо линии связи.[8]
На втором этапе объектом исследования являются алгоритмы адаптивной маршрутизации.
Целью исследования является изучение существующих алгоритмов адаптивной маршрутизации (принципов работы, достоинств, недостатков), анализ возможностей их применения в спроектированной транспортной сети г. Макеевки, выбор наиболее подходящего алгоритма и моделирование работы сети с применением выбранного алгоритма.
Под алгоритмом маршрутизации часто подразумевается протокол сетевого уровня, который управляет пакетами при их движении по подсети связи до требуемого места назначения. Моменты времени, когда принимаются решения о выборе маршрута, зависят от того, использует ли сеть дейтаграммную передачу или виртуальные соединения.
В дейтаграммной сети два последовательных пакета одной и пой же пары пользователей могут проходить по разным маршрутам и выбирать маршрут необходимо для каждого пакета.
В сети с виртуальными соединениями маршрут выбирается при установлении каждого виртуального соединения. Алгоритм маршрутизации используется для выбора пути по сети для данного виртуального соединения. Все пакеты виртуального соединения последовательно используют этот путь вплоть до момента, когда либо данное виртуальное соединение заканчивает свое существование, либо когда для данного соединения по каким-либо причинам выбирается другой маршрут.
Обычно для выбора маршрута используется довольно сложный набор алгоритмов, которые работают более или менее независимо, хотя и обмениваются информацией. Его сложность обусловлена рядом причин:
во-первых, маршрутизация требует координации работы всех узлов подсети, а не полько одной пары модулей, как, например, в протоколах уровней линии передачи данных и транспортного;
во-вторых, система маршрутизации должна справляться с выходами из строя линий или узлов путем перенаправления трафика и обновления баз данных, используемых системой;
в-третьих, для достижения наилучших характеристик алгоритм маршрутизации может изменить маршруты, когда некоторые области сети становятся перегруженными.[5]
Адаптивная маршрутизация обеспечивает автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети. Для адаптации как раз и нужны протоколы маршрутизации. Эти протоколы работают на основе алгоритмов, позволяющих всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети, оперативно отрабатываю все изменения конфигурации связей.
Адаптивные алгоритмы маршрутизации должны отвечать нескольким важным требованиям:
они должны обеспечивать если не оптимальность, то хотя бы рациональность маршрута;
алгоритмы должны быть достаточно простыми, чтобы при их реализации не тратилось слишком много сетевых ресурсов, в частности они не должны требовать слишком большого объема вычислений или порождать интенсивный служебный трафик;
алгоритмы маршрутизации должны обладать свойством сходимости, то есть всегда приводить к однозначному результату за приемлемое время.[4]
Адаптивные протоколы обмена маршрутной информацией, применяемые в настоящее время, делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:
В дистанционно-векторных алгоритмах лучший маршрут определяется на основании расстояния до пункта назначения. Каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей.
В больших сетях дистанционно-векторные алгоритмы засоряют линии связи интенсивным служебным периодическим трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией – вектором дистанций, к тому же полученном через посредников.[4]
Наиболее распространенные протоколы: RIP[1],[13], IGRP[9], BGP[3],[15].
Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменению конфигурации.
В протоколах состояния каналов рассылка объявлений маршрутной информации производится не регулярно, а при возникновении тех или иных событий – например, при изменении топологии сети. Обновления передаются от маршрутизатора к маршрутизатору лавинными рассылками, так что каждый маршрутизатор всегда владеет свежей информацией о состоянии своих соседей в сети, а значит, способен корректно и адекватно передавать данные.[1]
Чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами HELLO со своими ближайшими соседями. Объявления о состоянии связей передаются только в том случае, когда с помощью сообщений HELLO было установлено изменение состояния какой-либо связи. В результате служебный трафик, создаваемый протоколами LSA гораздо менее интенсивный, чем у протоколов DVA.
Наиболее распространенные протоколы: OSPF[1],[14], IS-IS[11], EIGRP[2], PNNI[6],[12].
Протокол PNNI-маршрутизации относится к очень успешной категории протоколов состояния канала.[6]
Протокол маршрутизации PNNI (Private Network-to-Network Interface) предназначен для определения путей передачи данных и установления виртуальных каналов в сети ATM. Его расширенная версия под названием Integrated-PNNI (I-PNNI) дает возможность традиционным протоколам сетевого уровня (например, IP) работать с PNNI. Протокол I-PNNI позволяет реализовать стратегический замысел развертывания структуры ATM: во-первых, расширяет возможности традиционных сетевых протоколов за счет сильных сторон технологии ATM, таких как масштабируемость и гарантия качества обслуживания; во-вторых, обеспечивает эффективный механизм взаимодействия дейтаграммноориентированных сетей с сетями ATM, позволяющий использовать преимущества ATM в смешанных сетях; в-третьих, упрощает переход к коммутируемым сетям, их обслуживание и управление. [12]
I-PNNI — это протокол установления виртуальных каналов ATM и маршрутизации трафика протоколов сетевого уровня в смешанной сети, содержащей маршрутизирующие коммутаторы (т. е. коммутаторы, работающие с информацией не только второго, канального, уровня, но и третьего, сетевого), маршрутизаторы, коммутаторы ATM и хосты, напрямую подключенные к сети ATM (ATM-хосты). Он собирает данные о топологии смешанной сети и предоставляет маршрутизаторам, маршрутизирующим коммутаторам и коммутаторам ATM полную информацию, необходимую для передачи дейтаграмм сетевого уровня (пакетов) и установления виртуальных каналов ATM.
Более подробно познакомиться с протоколом PNNI можно в статьях В. И. Гуськова I-PNNI — ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ПРОТОКОЛ МАРШРУТИЗАЦИИ и Александра Крейнеса ОТ МОСКВЫ ДО САМЫХ ДО ОКРАИН: МАРШРУТАМИ PNNI.
В настоящее время нет общедоступных средств иммитационного моделирования АТМ-сетей, которые позволяли бы проводить глубокие исследования в области АТМ-маршрутизации.
На сегодняшний день нет совершенных методов динамической оценки метрик для алгоритмов состояния канала.
Разработка методики динамической оценки метрик для алгоритмов состояния канала.
При воплощении в жизнь данной разработки и совмещении ее с работой существующих протоколов (в частности, с OSPF) будет существенно повышаться качество перелачи инфомации по каналам связи и облегчаться труд администраторов сети.
Сайт ДонНТУ |
Вверх |
Магистры ДонНТУ |