Чем отличается виртуальный тракт от физического

1

Маршрутизация в сетях tcp/ip

Процедура поиска сетевого адреса в специальной таблице для передачи пакета в узел назначения.

Процесс построения такой таблицы

Маршрутизация существует как перенаправление IP-пакетов и маршрутизация как управление таблицами маршрутизации.

Хосты посылают пакеты только тем шлюзам, которые физически подключены к той же сети.

Локальные хосты могут перемещать пакеты только на 1 шаг в направлении узла назначения.

Каждый шлюз через который проходит пакет принимает решение о его перемещении, анализируя собственную таблицу маршрутизации.

Таблицы маршрутизации ведутся статическим, динамическим и комбинированным способом.

Статический маршрут фиксируется в таблице маршрутизации и не изменяется в течении всего времени работы хоста. Статический маршрут используется в относительно стабильной локальной сети. Она проста в управлении и надежна в использовании, но требует от персонала знания топологии сети на момент создания таблицы маршрутизации.

В сетях с более сложной топологией, когда появляются дополнительные шлюзы, когда появляются дополнительные каналы связи между хостами, пропускная способность между каналами высока.

В случае динамической маршрутизации на соответствующих шлюзах постоянно работает специальный процесс (демон). Процесс ведет и модифицирует таблицу маршрутизации. Кроме этого, он постоянно взаимодействует с другими процессами демонами других шлюзов для того, чтобы определять топологию сети и принимать решения доставки пакетов к хостам шлюзов.

Комбинированная маршрутизация. Для простых маршрутизаторов – статическая маршрутизация, для сложных – динамическая маршрутизация.

Существует 4 уровня сложности характеризующие процесс управления маршрутизацией в сети:

0 уровень. Отсутствие маршрутизации как таковой

Только статическая маршрутизация

Преимущественно статическая маршрутизация с периодическими обновлениями маршрутов, которые изменяют статические таблицы маршрутизации (осуществляется с помощью протокола RIP)

Фиксированная маршрутизация

является одним из методов динамической маршрутизации и используется в сетях с простой топологией связи. При фиксированной маршрутизации однопутевые таблицы, в которых для каждого адресата имеется один путь. в многопутевых таблицах для каждого адресата имеется несколько альтернативных путей и обязательно должно присутствовать правило выбора путей.

Алгоритм простой маршрутизации

Случайная маршрутизация, когда пакеты перенаправляются в любом случайном (одном) направлении, кроме исходного.

Лавинная маршрутизация – пакеты передаются во всех направлениях кроме исходного

Маршрутизация по предыдущему опыту. Этот метод динамической маршрутизации работает на основе пакетов проходивших через этот маршрут.

Адаптивная маршрутизация

Основной вид алгоритмов маршрутизации применяется в современных сетях со сложной топологией. Алгоритмы этого вида основаны на периодическом обмене информацией о имеющихся в интерсети сетях. А также о связях между маршрутизаторами. Кроме этого алгоритмы учитывают не только топологию связи шлюзов, но и производительность и состояние этих связей. Среди алгоритмов адаптивной маршрутизации различают:

Алгоритмы состояния связи

Каждый маршрутизатор передает и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием здесь понимается число проложенных маршрутов через которые пакет должен пройти прежде чем попадет в соответствующую сеть. Получая такой вектор другой маршрутизатор добавляет свои сведения об известных ему сетях и тоже рассылает этот вектор всем остальным.

Второй алгоритм связан с обеспечением каждого маршрутизатора информацией на основе которой строится точный граф состояния сети. Все маршрутизаторы работают на основе одинаковых графов.

Коммутации в сетях

В процессе развития сетевых компьютерных технологий выделилось 3 основных метода:

1. Коммутация каналов

2. Коммутация сообщений

3. Коммутация пакетов

Коммутация каналов подразумевает образование составного физического канала из последовательно соединенных отдельных участков для передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединены между собой специальной аппаратурой (коммутаторами), которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установки соединения и в процессе создать составной канал (коммутированный).

Коммутация сообщений

При использовании этого метода оборудование (называемое коммутаторами и выполненное на базе универсальных ПК) позволяет накапливать (буферизовать) сообщения и посылать их в соответствии с заданной системой приоритетности и принципами маршрутизации другим узлам сети.

Коммутация пакетов

Осуществляется за счет разделения сообщения на пакеты, т. е. элементы сообщения снабженные заголовком и имеющие фиксированную максимальную длину, и последующей передачей пакетов по маршруту, определяемому узлами сети.

Коммутация пакетов в компьютерных сетях – это основной способ передачи данных.

Преобладание коммутации пакетов как основного метода при реализации компьютерных сетей обусловлено следующими обстаятельствами:

Коммутация пакетов приводит к малым задержкам при передаче данных.

В отличии от коммутации каналов, которая требует, чтобы все линии связи из которых формируется канал имели одинаковую пропускную способность. Методы коммутации сообщений и пакетов позволяют передавать данные по линиям связи с любой пропускной способностью.

Представление данных пакетами создает условия для мультиплексирования потоков данных (разделение времени работы канала для одновременной нескольких потоков данных).

Малая длина пакетов данных позволяет выделять для промежуточного хранения (буферизации) передаваемых данных меньшую емкость памяти.

Методы коммутации пакетов

При коммутации пакетов передаваемые сообщения разбиваются на меньшие части, называемые пакетами, каждая из которых имеет установленную максимальную длину. Пакеты снабжаются служебной информацией необходимой для доставки пакетов и передаются. Каждый пакет снабжается следующей информацией:

Код начала и окончания пакета;

Адреса отправителя и получателя;

Номер пакетов сообщений;

Информация для контроля достоверности в промежуточных узлах и в узле назначения.

Как правило множество пакетов одного и того же сообщения передается одновременно. Приемник в соответствии с заголовками пакетов выполняет сборку пакетов в исходное сообщение и отправляет получателю подтверждение. В процессе передачи пакетов по узлам сети благодаря тому, что пакеты в промежуточных узлах не накапливаются целиком в виде сообщений (аппаратные требования промежуточным узлам).

Требования к аппаратному обеспечению промежуточных узлов резко снижаются. В случае переполнения оперативной памяти коммутаторами используются различные механизмы задержки передаваемых пакетов в местах их генерации.

При пакетной коммутации выдвигаются 2 противоречивых требования:

Уменьшение задержки пакетов в сети за счет небольшой длины пакетов;

Повышение эффективности передачи информации за счет увеличения длины пакета.

Для решения этих задач максимальный размер пакета устанавливается на основе 3 факторов:

Распределение длин пакетов;

Характеристика среды передачи

Процесс передачи данных в сети с коммутацией пакетов представляется в виде следующей последовательности операций:

Вводимое в сеть сообщение разбивается на пакеты, содержащие адрес конкретного пункта узла получателя, в промежуточном узле пакет запоминается в оперативной памяти и по адресу этого пакета определяется канал линии передач по которому пакет должен быть передан.

Если этот канал связи свободен (не занят передачей других пакетов) то пакет немедленно передается на соответствующий узел.

Если тот узел также является промежуточным, то в нем также повторяется та же операция.

Если канал связи с соседним узлом занят, то пакет может какое-то время хранится в ОЗУ коммутатора до освобождения канала.

Сохраненные пакеты помещаются в очередь по направлению передачи. Как правило длина очереди не превышает 3-4 пакета, если длина очереди превышается – пакеты стираются.

Существует 2 метода пакетной коммутации:

Способ виртуальных соединений.

Термин датаграмма используется для оборудования самостоятельного пакета, перемещающегося по сети независимо от других пакетов. Т. е. пакеты могут доставляться получателю различными маршрутами. Маршруты в свою очередь определяются сложивщейся динамической ситуацией в сети в сложившийся момент. Получив датаграмму узел коммутации направляет ее в сторону следующего узла максимально приближаясь к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его из своей памяти, если подтверждение не получено узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел и так пока пакет не будет доставлен с получением подтверждения.

Все узлы, окружающие узел коммутации ранжируется по степени приближенности к коммутатору. Сначала пакет посылается узлам первого ранга, при неудаче – узлам второго ранга и т. д.

Процедура рассылки пакетов называется алгоритмом маршрутизации. Существуют алгоритмы, когда смежные узлы, на которые будут отправляться пакет выбирается случайно. Соответственно каждая датаграмма уходит по случайному маршруту.

Виртуальный метод – этот метод предполагает установлении маршрута передачи всего сообщения отправителя до получателя с помощью специальной службы пакета запросов. Для такого сообщения выделяется маршрут, который в случае согласия получателя на соединение закрепляется для прохождения по нему всей совокупности пакетов.

При реализации этого метода сначала отправляется специальный служебный пакет, который называется запрос вызова.

Этот пакет как бы прокладывает весь маршрут по которому пойдут все пакеты относящиеся к этому вызову.

Метод называется виртуальным, потому что в этом случае не коммутируются реальный физический тракт, а устанавливается логическая связка между отправителем и получателем, т. е. имитируется виртуальный воображаемый тракт.

Преимущество виртуального метода перед датанраммой – упорядоченность пакетов. Недостаток – как только что-то случается с промежуточным узлом – сообщение не доставляется.

Что такое компьютерный порт и для чего он используется?

Когда вы слышите термин «порт компьютера», что вы думаете об этом? Порты USB? Порты TCP/IP? Это может запутать. Существует два класса портов — физический и виртуальный. Порт USB является примером физического порта, а порт TCP/IP — примером виртуального порта.

Виртуальные порты превосходят по численности физические порты, поэтому мы начнем с физических. Оба класса можно найти практически на любом электронном устройстве. Телефоны, планшеты, компьютеры, даже электронные компоненты в автомобилях и других машинах могут иметь оба класса. Для наших целей мы будем говорить о компьютере в этой статье. Просто знайте, что это может быть практически любое устройство.

Что такое порт?

Итак, что такое порт? Мы можем называть эти порты гнездами или розетками, но правильным термином является порт. Основная функция этих портов состоит в том, чтобы позволить одному оборудованию подключаться к другому, чтобы они могли общаться друг с другом. С технической точки зрения это порты ввода/вывода (I/O или IO). Количество портов, которые может иметь устройство, ограничено доступным физическим пространством.

Есть две группы портов — последовательный и параллельный. Группировка основана на том, как порт разрешает связь.

Последовательный порт может допускать передачу только одного бита за раз. Подумай о поезде. Только одна часть поезда может находиться на определенном участке пути одновременно. Двигатель едет до грузового вагона, грузовой вагон едет до последнего вагона. Если любые два из них находятся на одном и том же участке пути в одно и то же время, это крушение поезда или столкновение.

То же самое касается данных, проходящих через последовательный порт. Бит один и бит два не могут быть на одной и той же секции кабеля одновременно, или есть столкновение, и вещи не работают.

Параллельный порт может допускать одновременную передачу множества битов. Подумайте о многополосном шоссе. Каждого транспортного средства на шоссе немного. На любом конкретном участке шоссе рядом может находиться 5, 10, может быть, 20 автомобилей. Это значительно ускоряет общение. Если не понятно, как, то так и будет.

Допустим, мы отправляем сообщение двум людям, например, «Привет», поездом и грузовиком. Мы отправляем его одному человеку на поезде, а другому — на грузовике. Каждое приветственное письмо написано на передней части грузовика и на передней части вагона.

Человек, ожидающий поезда, серийный метод, увидит H на двигателе, затем E на следующем грузовом вагоне, затем первый L на следующем вагоне, затем второй L на следующем вагоне и O на финальная машина.

Человек, ожидающий грузовики на 5-полосной трассе, увидит, как все грузовики прибывают одновременно, бок о бок, и излагает привет.

Типы физических портов

Порт DE-9 или RS-232 — общего пользования

Вы можете увидеть их на некоторых компьютерах, но они становятся все менее и более распространенными за пределами промышленного мира. Раньше они использовались с мышью, клавиатурой и множеством других устройств.

PS/2 — общего пользования

В основном на старых компьютерах порт Personal System/2 (PS/2) чаще всего использовался для клавиатур и мышей. Они имеют цветовую кодировку — фиолетовый для клавиатуры и зеленый для мыши.

Порты PS/2 все еще можно увидеть на компьютерах в учреждениях с высоким уровнем безопасности. Наличие только мыши и клавиатуры PS/2 устраняет необходимость в портах USB. Там, где есть USB-порт, есть шанс украсть данные или внедрить вредоносное ПО.

USB-порт: общая информация

Существуют две основные основные спецификации для портов универсальной последовательной шины (USB), которые сегодня можно увидеть, USB 2 и USB 3. Эти спецификации относятся к скорости передачи данных, а не к их физическому форм-фактору. Есть несколько различных форм-факторов, которые будут рассмотрены ниже, в этом разделе.

USB 2.0 имеет максимальную скорость передачи данных всего 480 Мбит/с. Существуют разные версии USB 3, но все они визуально очень похожи, за исключением некоторых маркировок, которые указывают версию. USB 3.0 — до 5 Гбит / с, USB 3.1 — до 10 Гбит/с, а USB 3.2 — до 20 Гбит/с. Да, есть и USB 4. Устройство USB 3 будет работать через старые порты USB 2, но будет передавать данные только со скоростью USB 2.

Визуально, USB 2 типа A и типа B и их аналоги USB 3 могут быть легко различимы по цвету блока внутри разъема. У более быстрого USB 3.0 есть синий блок, а у более медленного USB 2.0 — черный блок. У других типов USB-разъемов такого блока нет. Мы рассмотрим их ставки перевода в своих разделах.

Если вам нужна дополнительная информация о различных типах USB-кабелей , у нас также есть статья для этого.

USB Type A — общего пользования

Вы определенно знаете порт USB Type A. Это порт, способный передавать данные и передавать энергию. Выдает электричество примерно на 5 вольт. Сила тока может варьироваться от 100 мА до 500 мА или 0,5 А.

Дескриптор типа A относится к форм-фактору порта. Это наиболее распространенный прямоугольник, в котором половина имеет блок с разъемами, а другая половина открыта для получения соответствующего соединения. У нас также есть статья об исправлении портов USB.

USB Type B — общего пользования

Порт USB типа B, чаще всего встречающийся на настольных принтерах, имеет квадратное отверстие. Они входят в стандарты USB 2 и USB 3. USB 2 выглядит как концевой профиль сарая, а USB 3 выглядит как каменный камин.

USB Type C — общего пользования

Более новый форм-фактор USB решает проблему правильного подключения кабеля. В любом случае будет работать. Это обратимый разъем. Он также проводит питание при напряжении около 5 вольт, но с более высокой силой тока, чем USB Type A. Он может достигать 5 А. Это делает быструю зарядку одной из ее особенностей.

RJ-11 — Связь

Мы вряд ли найдем RJ-11 на устройстве, если оно не используется для связи по телефону или факсу. Да, это телефонная розетка. Он может пассивно передавать электрический сигнал, но некоторые телефонные линии несут ток, который может вызвать у вас сильный шок, если вы не будете осторожны. Даже если они старомодны, уважайте их.

RJ-45 — Связь

Скорее, называемый сетевым разъемом, порт RJ-45 представляет собой 8-контактный порт для подключения устройств к сети с помощью кабеля Ethernet. Это похоже на телефонный разъем, но чуть шире.

Разъем TRS 3,5 мм — Аудио

Они чаще всего используются для аудио устройств. Зеленый — для подключения колонок или наушников. Розовый используется для микрофонов. Синий используется для прямого соединения с аудиоустройством. Это также известно как линейный вход. Есть и другие виды, но они не распространены на домашних устройствах.

Порт VGA/SVGA — Видео

Порт Video Graphics Array (VGA) или Super Video Graphics Array (SVGA) используется для подключения мониторов или проекторов к компьютеру. VGA может обеспечить разрешение до 640 × 480, а SVGA — более 800 × 600.

Оба типа выглядят одинаково. Они похожи на DE-9, но имеют 3 ряда по 5 отверстий, где DE-9 имеет ряд 5 и ряд 4 под ним.

DisplayPort — видео и аудио

Если на вашем компьютере есть слот, который выглядит как прямоугольник с одним побрившимся углом, это DisplayPort. Это 20-контактный разъем для подключения видеоустройств. Он также способен передавать звук по кабелю, поэтому, если подключаемое устройство имеет динамики, оно должно также прослушивать звук с вашего компьютера.

HDMI — видео и аудио

Порт High Definition Media Interface (HDMI) очень популярен. Это также видеопорт, и он также может передавать аудиосигнал. Они встречаются на большинстве ПК и многих телевизоров.

Это разные физические порты, с которыми вам, скорее всего, придется столкнуться. Если порт, который вы просматриваете, здесь не найден, в Интернете есть много ресурсов по идентификации портов.

Виртуальные порты

Существует 65 535 виртуальных портов, и все они связаны с сетевыми коммуникациями. Каждый из них может иметь различное использование, в зависимости от типа данных, проходящих через них. Эти порты используются для протокола управления передачей (TCP) или протокола дейтаграмм пользователя (UDP) или для обоих.

TCP часто смешивается с интернет-протоколом (IP). Возможно, вы видели это как TCP/IP. TCP используется для открытия соединения между двумя устройствами для передачи данных. Это достигается за счет того, что одно устройство обращается к другому, и затем между ними создается соглашение о передаче данных. Это известно как соединение рукопожатия. Это может занять немного времени.

UDP не устанавливает соединение. Это только начинает передавать. Это быстрее, но поскольку нет никакого соглашения о том, как что-то делать, могут возникать ошибки.

Теоретически, любой вид сетевого взаимодействия может происходить через любой порт. Это могло бы привести в замешательство тысячи доступных портов. Поэтому мы стараемся следовать стандарту, чтобы облегчить жизнь. У Управления по присвоению номеров в Интернете (IANA) есть реестр портов и то, для чего они используются.

Когда пакет связи входит в компьютер, он несет информацию о том, к какому порту он хочет подключиться. Вот как компьютер может сказать, что делать с этими пакетами. Вот почему вы можете просматривать веб-страницы, передавать файлы и печатать по одному и тому же сетевому кабелю.

Возможно, вы видели номера портов, используемые в IP-адресах. Это будет число после точки с запятой в IP, например 192.168.0.1:8080.

Ниже приведен список портов, которые вы, скорее всего, встретите. Мы бросили в последнем для всех игроков старой школы там.

Порты, Порты, Порты …

Теперь вы знаете о наиболее часто встречающихся физических и виртуальных портах, а также о том, чем они занимаются. Добавьте это в закладки для удобства или распечатайте.

Вы сталкивались с какими-то странными портами? У вас есть вопросы по поводу других портов или вам нужна более подробная информация? Дайте нам знать об этом в комментариях. Мы здесь, чтобы помочь.

Каналы связи L2 и L3 VPN — Отличия физических и виртуальных каналов разного уровня

С доброй улыбкой теперь вспоминается, как человечество с тревогой ожидало в 2000 году конца света. Тогда этого не случилось, но зато произошло совсем другое событие и тоже очень значимое.

Исторически, в то время мир вошел в настоящую компьютерную революцию v. 3.0. – старт облачных технологий распределенного хранения и обработки данных. Причем, если предыдущей «второй революцией» был массовый переход к технологиям «клиент-сервер» в 80-х годах, то первой можно считать начало одновременной работы пользователей с использованием отдельных терминалов, подключенных к т.н. «мейнфреймам» (в 60-х прошлого столетия). Эти революционные перемены произошли мирно и незаметно для пользователей, но затронули весь мир бизнеса вместе с информационными технологиями.

При переносе IT-инфраструктуры на облачные платформы и удаленные ЦОД (центры обработки данных) ключевым вопросом сразу же становится организация надежных каналов связи от клиента к дата-центрам. В Сети нередко встречаются предложения провайдеров: «физическая выделенная линия, оптоволокно», «канал L2», «VPN» и так далее… Попробуем разобраться, что за этим стоит на практике.

Каналы связи – физические и виртуальные

1. Организацией «физической линии» или «канала второго уровня, L2» принято называть услугу предоставления провайдером выделенного кабеля (медного или оптоволоконного), либо радиоканала между офисами и теми площадками, где развернуто оборудование дата-центров. Заказывая эту услугу, на практике скорее всего вы получите в аренду выделенный оптоволоконный канал. Это решение привлекательно тем, что за надежную связь отвечает провайдер (а в случае повреждения кабеля самостоятельно восстанавливает работоспособность канала). Однако, в реальной жизни кабель на всем протяжении не бывает цельным – он состоит из множества соединенных (сваренных) между собой фрагментов, что несколько снижает его надежность. На пути прокладки оптоволоконного кабеля провайдеру приходится применять усилители, разветвители, а на оконечных точках – модемы.

В маркетинговых материалах к уровню L2 (Data-Link) сетевой модели OSI или TCP/IP это решение относят условно – оно позволяет работать как бы на уровне коммутации фреймов Ethernet в LAN, не заботясь о многих проблемах маршрутизации пакетов на следующем, сетевом уровне IP. Есть, например, возможность продолжать использовать в клиентских виртуальных сетях свои, так называемые «частные», IP-адреса вместо зарегистрированных уникальных публичных адресов. Поскольку использовать частные IP-адреса в локальных сетях очень удобно, пользователям были выделены специальные диапазоны из основных классов адресации:

• 10.0.0.0 – 10.255.255.255 в классе A (с маской 255.0.0.0 или /8 в альтернативном формате записи маски);
• 100.64.0.0 – 100.127.255.255 в классе A (с маской 255.192.0.0 или /10);
• 172.16.0.0 – 172.31.255.255 в классе B (с маской 255.240.0.0 или /12);
• 192.168.0.0 – 192.168.255.255 в классе C (с маской 255.255.0.0 или /16).

У этого подхода (а мы говорим о выделенном канале) есть и очевидный недостаток – в случае переезда офиса клиента, могут быть серьезные сложности с подключением на новом месте и возможна потребность в смене провайдера.

Утверждение, что такой канал значительно безопаснее, лучше защищен от атак злоумышленников и ошибок низкоквалифицированного технического персонала при близком рассмотрении оказывается мифом. На практике проблемы безопасности чаще возникают (или создаются хакером умышленно) прямо на стороне клиента, при участии человеческого фактора.

2. Виртуальные каналы и построенные на них частные сети VPN (Virtual Private Network) распространены широко и позволяют решить большинство задач клиента.

Предоставление провайдером «L2 VPN» предполагает выбор из нескольких возможных услуг «второго уровня», L2:

VLAN – клиент получает виртуальную сеть между своими офисами, филиалами (в действительности, трафик клиента идет через активное оборудование провайдера, что ограничивает скорость);

Соединение «точка-точка» PWE3 (другими словами, «эмуляция сквозного псевдопровода» в сетях с коммутацией пакетов) позволяет передавать фреймы Ethernet между двумя узлами так, как если бы они были соединены кабелем напрямую. Для клиента в такой технологии существенно, что все переданные фреймы доставляются до удалённой точки без изменений. То же самое происходит и в обратном направлении. Это возможно благодаря тому, что фрейм клиента приходя на маршрутизатор провайдера далее инкапсулируется (добавляется) в блок данных вышестоящего уровня (пакет MPLS), а в конечной точке извлекается;

Примечание: PWE3 – Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge (механизм, при котором с точки зрения пользователя, он получает выделенное соединение).

MPLS – MultiProtocol Label Switching (технология передачи данных, при которой пакетам присваиваются транспортные/сервисные метки и путь передачи пакетов данных в сетях определяется только на основании значения меток, независимо от среды передачи, используя любой протокол. Во время маршрутизации новые метки могут добавляться (при необходимости) либо удаляться, когда их функция завершилась. Содержимое пакетов при этом не анализируется и не изменяется).

Примечание: VPLS – Virtual Private LAN Service (механизм, при котором с точки зрения пользователя, его разнесенные географически сети соединены виртуальными L2 соединениями).

MAC – Media Access Control (способ управления доступом к среде – уникальный 6-байтовый адрес-идентификатор сетевого устройства (или его интерфейсов) в сетях Ethernet).

3. В случае развертывания «L3 VPN» сеть провайдера в глазах клиента выглядит подобно одному маршрутизатору с несколькими интерфейсами. Поэтому, стык локальной сети клиента с сетью провайдера происходит на уровне L3 сетевой модели OSI или TCP/IP.

Публичные IP-адреса для точек стыка сетей могут определяться по согласованию с провайдером (принадлежать клиенту либо быть полученными от провайдера). IP-адреса настраиваются клиентом на своих маршрутизаторах с обеих сторон (частные – со стороны своей локальной сети, публичные – со стороны провайдера), дальнейшую маршрутизацию пакетов данных обеспечивает провайдер. Технически, для реализации такого решения используется MPLS (см. выше), а также технологии GRE и IPSec.

Примечание: GRE – Generic Routing Encapsulation (протокол тунеллирования, упаковки сетевых пакетов, который позволяет установить защищенное логическое соединение между двумя конечными точками – с помощью инкапсуляции протоколов на сетевом уровне L3).

IPSec – IP Security (набор протоколов защиты данных, которые передаются с помощью IP. Используется подтверждение подлинности, шифрование и проверка целостности пакетов).

Важно понимать, что современная сетевая инфраструктура построена так, что клиент видит только ту ее часть, которая определена договором. Выделенные ресурсы (виртуальные серверы, маршрутизаторы, хранилища оперативных данных и резервного копирования), а также работающие программы и содержимое памяти полностью изолированы от других пользователей. Несколько физических серверов могут согласованно и одновременно работать для одного клиента, с точки зрения которого они будут выглядеть одним мощным серверным пулом. И наоборот, на одном физическом сервере могут быть одновременно созданы множество виртуальных машин (каждая будет выглядеть для пользователя подобно отдельному компьютеру с операционной системой). Кроме стандартных, предлагаются индивидуальные решения, которые также соответствует принятым требованиям относительно безопасности обработки и хранения данных клиента.

При этом, конфигурация развернутой в облаке сети «уровня L3» позволяет масштабирование до практически неограниченных размеров (по такому принципу построен Интернет и крупные дата-центры). Протоколы динамической маршрутизации, например OSPF, и другие в облачных сетях L3, позволяют выбрать кратчайшие пути маршрутизации пакетов данных, отправлять пакеты одновременно несколькими путями для наилучшей загрузки и расширения пропускной способности каналов.

В то же время, есть возможность развернуть виртуальную сеть и на «уровне L2», что типично для небольших дата-центров и устаревших (либо узко-специфических) приложений клиента. В некоторых таких случаях, применяют даже технологию «L2 over L3», чтобы обеспечить совместимость сетей и работоспособность приложений.

Подведем итоги

На сегодняшний день задачи пользователя/клиента в большинстве случаев могут быть эффективно решены путём организации виртуальных частных сетей VPN c использованием технологий GRE и IPSec для безопасности.

Нет особого смысла противопоставлять L2 и L3, равно как нет смысла считать предложение канала L2 лучшим решением для построения надёжной коммуникации в своей сети, панацеей. Современные каналы связи и оборудование провайдеров позволяют пропускать громадное количество информации, а многие выделенные каналы, арендуемые пользователями, на самом деле – даже недогружены. Разумно использовать L2 только в особенных случаях, когда этого требует специфика задачи, учитывать ограничения возможности будущего расширения такой сети и проконсультироваться со специалистом. С другой стороны, виртуальные сети L3 VPN, при прочих равных условиях, более универсальны и просты в эксплуатации.

В этом обзоре кратко перечислены современные типовые решения, которые используют при переносе локальной IT-инфраструктуры в удаленные центры обработки данных. Каждое из них имеет своего потребителя, достоинства и недостатки, правильность выбора решения зависит от конкретной задачи.

В реальной жизни, оба уровня сетевой модели L2 и L3 работают вместе, каждый отвечает за свою задачу и противопоставляя их в рекламе, провайдеры откровенно лукавят.

Чем отличается виртуальный тракт от физического

8 ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ SDH

8.1 Предпосылки создания транспортных сетей

В XXI в. мировое сообщество вступило в новую эру своего развития, названную глобальным информационным обществом (ГИО). Отличительной чертой ГИО является то, что в нем знания и информация приобретают роль внешних производственных факторов, становятся материальной основой существования общества.

Формируются целые отрасли, специализирующиеся на использовании высоких технологий, к которым в первую очередь относятся производство “информационных продуктов” (в том числе программных) и эффективное их распределение в среде инфокоммуникаций.

Другой характерной особенностью ГИО является колоссальный рост объема телекоммуникационных услуг. Так, оборот услуг только по телефонным абонентам, теле- и радиослушателям составляет свыше 800 млрд. долларов в год, а вместе с рынком инфокоммуникационных услуг (Интернет, локальные компьютерные сети, сети подвижной связи и т.д.) достиг 1,5 трлн. долларов и продолжает расширяться. В мировой телекоммуникационной сети ежегодно устанавливается телекоммуникационное оборудование на сумму 200 млрд. долларов.

По существу мировое сообщество сейчас переживает третью революцию. Если в первой — сельскохозяйственной — главным действующим лицом был землевладелец и главным ресурсом — земля, во второй — индустриальной — собственник капитала и главным ресурсом — капитал, то в третьей — информационной — господствующей социальной группой становится собственник информации, а главным ресурсом — знания, информация.

Для эффективной передачи и распределения всех упомянутых выше видов информации в структуре ГИО создана и непрерывно развивается Всемирная сеть связи (World wide communication network), представляющая из себя совокупность всех взаимосвязанных национальных сетей связи на земном шаре. Технической же основой любой современной сети связи являются информационные транспортные сети, предназначенные для высококачественной и безаварийной (бесперебойной) передачи (транспортировки) информации в виде стандартных или нормализованных цифровых потоков от производителя к потребителю.

8.1.1 Системы передачи для транспортной сети

Технической основой построения транспортных сетей являются телекоммуникационные системы передачи синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy — SDH). Их внедрение на сетях связи началось в 80-е годы XX в. Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается то, что они не являются “производителями” информации, а предназначены только для высокоэффективной передачи и распределения цифровых потоков формируемых как в традиционных структурах стандартной плезиохронной цифровой иерархии (Plesio-chronous Digital Hierarchy — PDH), так и в новых телекоммуникационных технологиях — ATM, B-ISDN и т.д. Все указанные выше цифровые потоки “транспортируются” в системах SDH в виде информационных структур, названных виртуальными контейнерами (Virtual Container -VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заголовками (Path Overheard — РОН). В общем случае дополнительные каналы, предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Maintenance, ОАМ). Это обеспечивает высокие функциональные возможности и высокую надежность сети связи.

Группы однотипных или разнотипных виртуальных контейнеров VC передаются между элементами транспортной сети (от отправителя информации к получателю) по линиям передачи в виде информационных структур, называемых синхронными транспортными модулями (Synchronous Transport Module — STM). “Транспортирование” STM осуществляется с разными скоростями передачи соответствующим различным порядком STM-1,4, 16, 64. STM-N оснащаются соответствующими заголовками, обеспечивающими передачу STM с полной функцией ОАМ в пределах регенерационной секции (Regeneration Section ОН — RSOH) и мультиплексорной секции (Multiplex Section ОН — MSOH). Упрощенная функциональная схема системы передачи SDH, которая является основным структурным звеном транспортной сети, приведена на рисунке 8.1.

На рисунке приведены два вида секций, которые называются “Регенерационная секция” и “Мультиплексорная секция”.

“Регенерационная секция” представляет собой сегмент системы передачи между оконечным оборудованием сетевого элемента, в котором сигнал STM-N передается или принимается и регенератором, или между двумя смежными регенераторами.

“Мультиплексорная секция” — это средство передачи информации между двумя сетевыми элементами, в одном из которых формируется (собирается) сигнал STM-N, а в другом “разбирается” до компонентных потоков. В общем случае транспортная сеть SDH состоит из мультиплексорных секций, для которых уровень SDH-сигнала может быть разным в зависимости от требуемой емкости канала передачи для каждой секции.

“Тракт” — означает логическое соединение между точкой системы передач SDH, в которой производится “сборка” виртуального контейнера VC (например, из компонентных потоков PDH) и точкой, в которой VC “разбирается”. Тракт можно представить себе как трубку, проложенную через мультиплексорные секции, непосредственно соединяющую две точки, между которыми осуществляется передача информации. Для “транспортировки” различных объемов цифровой информации разработаны виртуальные контейнеры различного типа. Для европейских потоков PDH таковыми являются:

VC низшего порядка (Low order VC, LOVC)

VC-12 для “транспортировки” E1 = 2048 Кбит/с (2 М)

VC-22 для “транспортировки” Е2 = 8448 Кбит/с (8 М)

VC высшего порядка (High order VC, HOVC)

VC-3 для “транспортировки” ЕЗ = 34368 Кбит/с (34 М)

VC-4 для “транспортировки” Е4 = 139264 Кбит/с (140 М)

В зависимости от “емкости” виртуального контейнера различают тракты VC-12, VC-22 (низшего порядка) и тракты виртуальных контейнеров VC-3, VC-4 (высшего порядка).

Виртуальный контейнер является элементарной единицей обрабатываемой информации в транспортной системе SDH при мультиплексировании, перекрестных соединениях (кросс-коннекция) и т.д. При этом нет необходимости доступа к “транспортируемой” информации, так как различная информация представлена в одном и том же виде, который именуется виртуальными контейнерами (в то же время к VC добавляется информация, необходимая для его обработки в пути следования).

Как указывалось выше, виртуальные контейнеры передаются между элементами транспортной сети в виде STM различного порядка. Основной (первичной) структурой для получения потоков STM является STM-1 с нормализованной скоростью передачи 155,52 Мбит/с. При этом, в зависимости от потребности сети, в цифровом потоке STM-1 возможна передача виртуальных контейнеров различного типа и в различных сочетаниях:

STM — 1

STM — 1

STM — 1

STM — 1

STM более высокого порядка могут быть получены из цифрового потока STM-1 простым синхронным мультиплексированием согласно рекомендации G.707 сектора телекоммуникаций Международного Союза электросвязи (МСЭ-Т):

STM — 1

155,52 Мбит/с

STM — 4

622,08 Мбит/с

STM — 16

2488,32 Мбит/с

STM — 64

9953,28 Мбит/с

Причем мультиплексирование, начиная с STM-4, осуществляется в оптическом диапазоне.

Информационные структуры STM-N передаются между элементами транспортной сети по линиям передачи, организованным по волоконно-оптическим кабелям связи, спутниковым линиям или по цифровым радиорелейным линиям (учитывая особенности мультиплексирования, по ЦРРЛ можно передавать в электрическом виде только цифровой поток STМ-1).

Характерной особенностью транспортных систем передачи SDH, показанных на рисунке 8.1, является высокая степень резервирования, как линейных трактов, так и основных узлов мультиплексорного оборудования. Так, линии передачи между элементами сети обычно полностью резервируются (рисунок 8.1), что позволяет избежать потерь огромных потоков информации при авариях (например, даже в первичном потоке STM-1 может передаваться трафик 1920 каналов ТЧ в режиме “транспортирования” потока 140 М).

Пример построения фрагмента транспортной сети с использованием систем передачи SDH приведен на рисунке 8.2. Как видно из рисунка, транспортная сеть предназначена для передачи любых информационных сообщений в цифровом виде. По своей сути транспортная сеть — это совокупность узлов коммутации, пунктов ввода отдельных цифровых потоков, линий передачи с регенераторами и мультиплексорами. Во всех узлах транспортной сети возможно переключение трактов для вывода и ввода информационных потоков. Кроме того, в узлах сети тракты могут переключаться в случае повреждений на линии передачи или в оборудовании.

8.1.2 Модели транспортных сетей

Принципы построения транспортных сетей определены сектором телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Т) в серии рекомендаций:

G.803 — транспортная сеть SDH;

G.805 — общая функциональная архитектура транспортных сетей;

I.326 — функциональная архитектура транспортной сети на основе ATM;

G.872 — оптическая транспортная сеть.

В этих рекомендациях предложено рассматривать транспортные сети в виде многоуровневых моделей (рисунок 8.3). Каждый уровень обычно представлен отдельной службой электросвязи, предоставляющей услуги другой службе, расположенной выше.

В структурах моделей определены функциональные уровни: физический, трактов и каналов.

Физический уровень. Данный уровень образован средой передачи сигналов (волоконно-оптической линией, медной линией, радиолинией) и секциями — участками, где происходит регенерация (ретрансляция) сигналов и мультиплексирование (объединение и разделение) различных сигналов. Благодаря наличию секции регенерации (ретрансляции) удается “очистить” сигнал от искажений и помех. Организация секций мультиплексирования позволяет эффективно использовать физическую среду за счет временного разделения передачи каналов. При этом можно реализовать резервирование любой секции мультиплексирования, если предусмотреть дополнительную физическую цепь, оборудование для передачи сигналов по ней и оборудование автоматического переключения.

Физический уровень оптической транспортной сети имеет свою особенность, которая состоит в том, что все преобразования сигналов (усиление, ретрансляция, объединение и разделение, вывод и ввод) производятся исключительно оптическими средствами. Таким способом достигаются наивысшие скорости передачи информационных данных — от десятков гигабит до десятков терабит в секунду (Тбит/с). В физической среде, представляемой одномодовым стекловолокном, объединяются (мультиплексируются) множество оптических несущих частот (от 2х до 132 и более), каждая из которых модулирована информационным сигналом.

Уровень трактов. Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Их можно сравнить с маршрутами движения поездов на железной дороге (железнодорожные пути — это физическая среда, а крупные узловые станции подобно мультиплексорам объединяют и разделяют транспортные потоки). По маршрутам железных дорог могут следовать различные поезда и перевозить различные грузы. Аналогично в транспортной телекоммуникационной сети через физические цепи могут передаваться строго циклически цифровые потоки в виде двоичных импульсных последовательностей, сформированных из различных сигналов. Каждому сигналу отведены в циклах временные позиции. Эти позиции могут быть закреплены за соединениями — маршрутами в сети. В сети SDH маршруты прописываются в заголовках циклически передаваемых данных под названием виртуальные контейнеры (VC-12, VC-3, VC-4). При этом виртуальные контейнеры VC-12 могут быть объединены в блоки данных и помещены в виртуальные контейнеры VC-3, VC-4, имеющие большую емкость, но отправляемые также циклически, как VC-12. Это совмещение данных VC-12 и VC-3, VC-4 можно сравнить с размещением железнодорожных контейнеров на специальных платформах, которые перемещаются по железной дороге от станции формирования состава до станции его расформирования.

Тракты в сети ATM отличаются от трактов сети SDH тем, что они образуются только при наличии информационного сообщения, а в его отсутствии физические ресурсы транспортной сети отдаются для передачи других сигналов. Сравните, на место ожидавшего пассажира в пассажирском вагоне поезда может быть посажен на любой станции пассажир, следующий своим маршрутом. По этой причине путь следования данных в сети ATM называют виртуальным. Он прописывается в специальных таблицах коммутатором ATM и ячейках, переносящих информационные сообщения. По данным таблиц считываются заголовки ячеек ATM для каждого участка сети, и происходит маршрутизация групповых информационных потоков.

Маршруты в оптической транспортной сети определяются номиналами несущих частот оптического диапазона. При этом частота может быть одной и той же или изменяться на разных участках сети, однако маршрут следования информационных данных сохраняется.

Уровень каналов. Для любой из рассмотренных моделей транспортных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса с вторичными сетями (коммутаторами телефонных, широкополосных, компьютерных сетей и т.д.). Как правило, на уровне каналов создаются типовые электрические и оптические интерфейсы. Примеры этих каналов: E1 для скорости передачи 2,048 Мбит/с; Е2 для скорости передачи 8,448 Мбит/с; ЕЗ для скорости передачи 34,368 Мбит/с; Е4 для скорости передачи 139,264 Мбит/с; STM-1 для скорости передачи 155,520 Мбит/с.

Транспортные сети, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.

8.1.3 Элементы транспортной сети

В качестве элементов в транспортных сетях принято рассматривать следующие устройства: терминальные мультиплексоры; мультиплексоры вывода/ввода; кроссовые коммутаторы; регенераторы. На рисунках 8.4 – 8.6 показаны фрагменты транспортной сети, приведенной на рис. 8.2, с пояснением функций указанных элементов на примере передачи цифровых компонентных сигналов 2М в транспортном потоке STM-1.

Терминальный мультиплексор (Terminal Multiplexer — ТМ). Представляет собой оконечное устройство сети с определенным числом каналов доступа (электрических и оптических) и одним или двумя оптическими входами/выходами, называемыми агрегатными портами или интерфейсами. При использовании двух агрегатных портов возможна реализация защиты линейных сигналов от повреждений линии или аппаратуры. В случае аварии происходит автоматическое переключение на резервную линию. Обычно эта линия образует секцию мультиплексирования. Защита будет наиболее эффективной, если используется два отдельных кабеля, проложенных с пространственным разнесением.

Мультиплексор ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer-ADM). Предназначен для добавления и извлечения отдельных цифровых компонентных сигналов 2, 34, 140 Мбит/с или 155 Мбит/с. Мультиплексор имеет два или четыре агрегатных порта, к которым подключаются волоконно-оптические линии связи, и ограниченное число портов компонентных сигналов. В состав ADM входит коммутационный узел, создающий возможность вывода/ввода, транзита и автоматического резервирования поврежденных трактов и секций.

Кроссконнектор (xCross Connects — ХС). Это устройство предназначено для соединения каналов, закрепленных за пользователями, путем организации постоянных или полупостоянных (длительных) перекрестных соединений между ними. Кроссовый коммутатор ХС обычно оснащается агрегатными и компонентными портами и обеспечивает коммутацию каналов различной пропускной способности (от 2 Мбит/с до 155 Мбит/с).

Регенератор (Regenerator) транспортной сети обеспечивает восстановление формы и длительности импульсных посылок.

Необходимо отметить, что рассмотренные элементы обеспечивают функционирование любой из моделей транспортных сетей. Подчеркнем здесь лишь особенности элементов оптической сети. Для ретрансляции сигналов в линии оптической сети используются оптические усилители. Выделение, ввод и кроссовую коммутацию сигналов выполняют оптические мультиплексоры без использования электронных преобразований сигналов, с волновым мультиплексированием (Wavelength Division Multiplexing — WDM).

Мультиплексоры WDM в настоящее время разделяют по числу каналов и шагу частотного плана на три типа:

• обычные WDM;
• плотные WDM (DWDM);
• высокоплотные WDM — HDWDM (High Dense Wavelength Division Multiplexing).

При этом в соответствии с канальным или частотным планом принята следующая классификация систем WDM.

Система

ГГц, не более.

Число каналов

HDWDM

В этой классификации число каналов для каждого класса систем WDM достаточно условно, но частотный интервал между каналами имеет существенное значение. Для высокоплотных систем WDM (HDWDM) он может достигать в некоторых случаях и 25 ГГц. С практической точки зрения очень важно знать взаимосвязь допустимого частотного интервала Δυ доп , числа каналов N, допустимого интервала по длине волны Δλ доп для разных уровней каналов SDH с учетом допустимого частотного интервала между оптическими несущими υ н .

Сравнение систем WDM различных производителей показывает, что практически все они имеют примерно сходные качественные характеристики и одинаковую конфигурацию, строятся по однотипной структурной схеме. Наблюдается общая тенденция наращивания числа каналов при одновременном повышении скорости передачи в каждом из них. Следует заметить, что возможности технологий WDM таковы, что весь сегодняшний мировой телефонный трафик можно передать по одной паре волокон.

8.1.4 Общие требования к транспортным сетям

Главным требованием, предъявляемым к транспортным сетям, является выполнение сетью основной функции — обеспечения пользователям возможности доступа ко всем разделяемым ресурсам сети. Все остальные требования — производительность (скорости передачи), надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость – связаны с качеством обслуживания конечных пользователей сети. Основные информационно-технические характеристики цифровых первичных сетей (ЦПС), которые существенно определяют ее возможности по предоставлению гарантированного качества обслуживания пользователей сети и возможности сети в целом, следующие:

• пропускная способность транспортных магистралей или базовые скорости передачи, определяемые уровнем транспортных модулей (STM-N, N = 1, 4, 16. );
• объем входящего и исходящего трафика в узлах сети;
• суммарный трафик в трактах и магистралях сети;
• надежность или коэффициент готовности сети в целом.

К современным ЦПС и корпоративным сетям предъявляют следующие основные требования, обеспечивающие возможность не только гарантировать необходимое качество обслуживания, но и дальнейшее развитие сети:

• необходимая полоса пропускания;
• расширяемость и масштабируемость сети;
• управляемость сети;
• интеграция различных видов трафика;
• совместимость оборудования;
• резервирование трафика, трактов и каналов;
• наивысшая заданная надежность и готовность.

Большинство требований, сформулированных выше, не нуждается в специальном определении. Остановимся на наиболее существенных из них. Для оценки надежности таких сложных систем, какими являются ЦПС, применяют понятие готовности, или коэффициента готовности. Готовность, или коэффициент готовности, определяется долей времени, в течение которого сеть может быть использована по назначению. Готовность сети может быть повышена путем аппаратного резервирования элементов (узлов) сети, резервирования трафика, трактов и каналов за счет соответствующей организации архитектуры всей сети, ее топологии, управления и синхронизации сети, включая сети доступа к ЦПС. Расширяемость и масштабируемость сети иногда используют как синонимы, но это несколько различные понятия. Расширяемость означает возможность сравнительно легкого (в ограниченных пределах) добавления отдельных элементов сети (пользователей, служб), наращивания сегментов сети доступа и замены существующей аппаратуры более мощной. Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество сетевых узлов и протяженность трактов в очень широких пределах без снижения пропускной способности транспортных магистралей. Для обеспечения хорошей масштабируемости сети приходится применять специальное телекоммуникационное оборудование и определенным образом структурировать топологию сети. Управляемость сети подразумевает возможность централизованно осуществлять конфигурацию, наблюдение, контроль и управление, как каждым сетевым элементом, так и всей сетью в целом, включая управление графиком и планированием развития сети.

8.1.5 Классификация узлов сети

Несмотря на некоторую условность, классификация узлов ЦПС позволяет провести структуризацию транспортной сети, разработать и использовать типовые базовые топологические решения при планировании реальной сети и дальнейшем ее развитии. Классификация узлов транспортной сети может быть проведена на основе определенных признаков, характерных для большинства узлов сети. Наиболее существенными являются: вид применяемого оборудования цифровых систем передачи (ATM, SDH, PDH и т.п.), объем трафика (загрузки) узла, наличие дополнительного сетевого оборудования (системы управления, коммутации, синхронизации, доступа и др.), тип сопряжения узла с другими сегментами сети или вторичными сетями и/или сетями доступа. Классификация узлов транспортной сети, хотя и носит несколько условный характер, может быть весьма полезной при практическом планировании транспортных сетей, и в первую очередь при планировании корпоративных или ведомственных сетей. Обычно в планируемой сети предусматривают, как правило, один или два узла высшей категории и сетевые узлы первой, второй, третьей и четвертой категорий. Узел высшей категории — центральный узел ЦПС обеспечивает передачу транспортных модулей синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH) высшего уровня STM-N (N=1, 4,16. ), управление сетью или ее сегментами (подсетями) и коммутацию скоростных цифровых потоков различных технологий. Такой узел может включать оборудование ЦСП как ATM, так и SDH и PDH с единой системой или системами управления сетью или сегментами (подсетями) транспортной сети. Таких узлов в сети может быть несколько, например центральный и резервный узел управления ЦПС. Сетевой узел ЦПС первой категории обеспечивает передачу транспортных модулей СЦИ/SDH высшего уровня STM-N (N=l, 4, 16. ) и коммутацию скоростных цифровых потоков в пределах сегмента или между отдельными сегментами транспортной сети. Такой узел может включать оборудование ЦСП как ATM, так и SDH и PDH.

Сетевой узел ЦПС второй категории обеспечивает передачу транспортных модулей СЦИ/SDH высшего уровня STM-N, маршрутизацию транспортных модулей STM-N более низкого уровня и коммутацию скоростных цифровых потоков как в пределах ЦПС, так и между ЦПС и сетями доступа. Такой узел может включать оборудование ЦСП как SDH, так и PDH и другое оборудование доступа к ЦПС. Сетевой узел ЦПС третьей категории обеспечивает передачу транспортных модулей STM-N более низкого уровня, чем узел первого ранга и коммутацию цифровых потоков уровня Е1 (2,048 Мбит/с) между ЦПС и сетями доступа или цифровыми вторичными сетями. Такой узел может включать оборудование ЦСП как ЗОН, так и PDH и другое оборудование доступа к ЦПС.

Сетевой узел ЦПС четвертой категории обеспечивает передачу цифровых потоков уровня Е1 и основного цифрового канала ЕО (64 Кбит/с) между ЦПС и сетями доступа или цифровыми вторичными сетями. Такой узел может включать в оборудование ЦСП PDH и другое оборудование доступа к ЦПС.

Контрольные вопросы

1. Что является технической основой для любой современной сети связи?
2. Какое основное требование предъявляется к транспортным сетям?
3. Какова структура транспортных сетей?
4. Чем отличаются тракты в сети ATM от трактов сети SDH?
5. Перечислите основные элементы транспортных сетей.
6. Каковы функции мультиплексора ввода-вывода?
7. В чём состоят функции кросс-коннектора?
8. Что позволяет провести классификацию узлов сети?

8.2 Архитектура построения транспортных сетей SDH

Выбор архитектуры должен производиться на основе соображений, изложенных в п. 8.1.5, и на основе детального технико-экономического обоснования по согласованию с фирмами-поставщиками оборудования и кабеля. Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, мы рассмотрим здесь только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии. Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной (типа «точка-точка») топологий или топологии последовательной линейной цепи.

8.2.1 Архитектура построения цифровой первичной сети

Выбор архитектуры построения транспортной сети основывается на применении типовых архитектурно-топологических решений и их комбинаций для отдельных сегментов сети и сети в целом. Однако определение архитектурных решений при проектировании конкретной сети не сводится только к выбору определенных комбинаций типовых топологических структур (сетевых шаблонов). Понятие архитектуры сети шире и включает в себя три логические составляющие: принципы построения, сетевые шаблоны и технические позиции. Применительно к архитектуре ЦПС основные принципы построения определены выше. Так, постоянно открывающиеся новые возможности оборудования СЦИ/SDH расширяют возможности выбора типовых сетевых шаблонов для ЦПС и позволяют по-новому осуществлять интеграцию различных технологий на базе транспортной сети. Техническая позиция определяет и уточняет параметры выбранной технологии, сетевых элементов, протоколов взаимодействия, предоставляемого сервиса и т.д. Применительно к корпоративной сети ее архитектура может быть описана, например, следующими техническими позициями:

• Сетевые транспортные протоколы.
• Маршрутизация в сети.
• Качество обслуживания.
• Адресация в сетях передачи данных.
• Коммутация в локальных сетях.
• Объединение коммутации и маршрутизации.
• Организация городской сети.
• Организация глобальной (магистральной) сети
• Службы удаленного доступа (сети доступа).

Разработка технических позиций для конкретной цифровой первичной сети требует глубокого знания базовых сетевых технологий и тщательной проработки схем организации и топологии всех сегментов сети и сети в целом.

При планировании транспортной сети наиболее часто находят применение типовые сетевые шаблоны — радиально-кольцевая топология и топология «кольцо-кольцо» с одинаковым или различными уровнями транспортных модулей как в «кольцах», так и в линейных трактах между отдельными «кольцами». В заключение сформулируем основные правила планирования цифровых первичных сетей связи:

• Долгосрочное планирование.
• Выбор среды передачи.
• Анализ существующего и определение планируемого трафика.
• Классификация узлов сети и выбор базовых топологий сети.
• Анализ и определение требований по надежности.
• Обеспечение заданного уровня надежности в сети.
• Определение энергетического потенциала линий связи и оборудования ЦСП.
• Определение стоимости линий связи и оборудования ЦСП.
• Учет специальных условий и требований заказчика (пользователя) сети.
• Полная оптимизация сети (с помощью соответствующих программных средств).
• Деление сети на управляемые части или сегменты.
• Предусматривается необходимый уровень эксплуатации будущей сети.

Рассмотренные общие вопросы планирования цифровых первичных сетей являются основой при планировании реальных современных сетей связи и, естественно, не исчерпывают всего многообразия проблем, возникающих при разработке и планировании транспортных сетей различного масштаба. Наиболее существенным в планировании современных сетей связи становится интеграция первичной и вторичных сетей в единую мультисервисную сеть на основе интеграции современных сетевых технологий.

8.2.2 Радиально-кольцевая архитектура

Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведен на рисунке 8.7. Эта сеть фактически построена на базе использования

двух базовых топологий: «кольцо» и «последовательная линейная цепь». Вместо последней может быть использована более простая топология «точка-точка». Число радиальных ветвей ограничивается из

соображений допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на кольцо.

8.2.3 Архитектура типа «кольцо-кольцо»

Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение — соединение типа «кольцо-кольцо». Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рисунке 8.8 показана схема соединения двух колец одного уровня — STM-4 с помощью интерфейсных карт STM-1, а на рисунке 8.9 — каскадная схема соединения трех колец различного (по нарастающей) уровня — STM-1, STM-4, STM-16. При таком соединении можно использовать необходимые оптические трибы предыдущего иерархического уровня при переходе от кольца одного уровня к другому (например, триб STM-1 при переходе на кольцо STM-4 и триб STM-4 при переходе на кольцо STM-16).

8.2.4 Линейная архитектура для сети большой протяженности

Линейные сети обычно содержат два приёмопередающих оконечных устройства, например мультиплексоры SDH, мультиплексоры ввода/вывода ADM и регенераторы. Пример конфигурации линейной сети приведён на рисунке 8.10.

В приведённом примере реализован принцип защиты линейной сети в режиме 1+1, т.е. для одной рабочей секции мультиплексирования создаётся одна резервная, что обозначает полное гарантированное резервирование всего трафика между терминалами.

Для линейных сетей большой протяженности расстояние между

терминальными мультиплексорами ТМ больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте (в линейном тракте) между ТМ (рисунок 8.10) должны быть установлены кроме общего проходного коммутатора еще и регенераторы для восстановления (регенерации) затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций.

Принято различать три типа стандартизованных участков — секций: оптическая секция (участок от точки электронно-оптического до точки оптоэлектронного преобразований сигнала), которая, по сути, являются участком волоконно-оптического кабеля между элементами сети SDH, регенераторная секция и мультиплексная секция (рисунок 8.10).

Оптические секции нормируются по длине, при этом выделяют три категории: I — внутристанционная секция, длиной до 2-х км,

S – короткая межстанционная секция, порядка 15 км, и L -длинная межстанционная секция, порядка 40 км (при длине волны 1310 нм) и 80 км (при длине волны 1550 нм). Указанные длины секций используются только для классификации (см. ниже) и не могут рассматриваться как рекомендуемые значения используемых технических параметров. Общая длина маршрута может составлять при этом сотни или же тысячи километров. Маршрут рассматривается как участок тракта между терминальными мультиплексорами, допускающий автоматическое поддержание функционирования сети с номинальной производительностью.

Мультиплексная секция рассматривается как участок тракта между транспортными узлами (мультиплексорами и коммутаторами), допускающий аналогичное автоматическое поддержание функционирования.

Регенераторная секция рассматривается как участок тракта между двумя регенераторами или между регенератором и другим элементом сети SDH. Для аналогичных определений используются опорные точки вход/выход волокна и вход/выход начала/окончания регенераторной секции RST в схеме представления регенераторной секции.

Регенераторная секция обрабатывает RSOH, который содержит синхросигнал, а также управляющую и контрольную информацию, позволяющую локализовать поврежденную секцию. Этот заголовок, будучи сформированным и введенным во фрейм на входе RST, считывается каждым регенератором и выводится из фрейма на выходе RST.

Классификация секций приведена в таблице. Она дает стандартное обозначение секций в зависимости от уровня STM (1, 4, 16) и приведена для указанных трех типов применения: внутри станции (код

использования I), между станциями — короткая секция (код использования S), между станциями — длинная секция (код использования L). В общем случае кодировка типов использования линейных регенераторных секций как оборудования SDH включает три элемента и имеет формат:

<код использований> <уровень STM> <индекс источника>

Здесь код использования и уровни STM приведены выше, а индекс источника имеет следующие значения и смысл:

• 1 или без индекса — указывает на источник с длиной волны 1310 нм;
• 2 — указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, (секции L);
• 3 — указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна.

Например, обозначение L-4.3 расшифровывается как длинная межстанционная регенераторная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник света с длиной волны 1550 нм.

Классификация стандартных оптических интерфейсов:

Использование

Внутри станции

Между станциями

Короткая секция

Длинная секция

Номинальная длина волны источника (нм)

1310

1310

1550

1310

1550

Тип волокна

Rec. G.652

Rec. G.652

Rec. G.652

Rec. G.652

Rec. G.654

Rec. G.653

Расстояние (км)

≤ 2

— 15

— 40

— 80

STM

STM — 1

L — 1

S – 1.1

S – 1.2

L – 1.1

L – 1.2

L – 1.3

STM — 4

L — 4

S – 4.1

S – 4.2

L – 4.1

L – 4.2

L – 4.3

STM — 16

L — 16

S – 16.1

S – 16.2

L – 16.1

L – 16.2

L – 16.3

8.2.5 Архитектура разветвленной сети общего вида

В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных для глобальных сетей, таких как формирование своего «остова» (backbone) или магистральной сети в виде ячеистой (mash) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршруты, используемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по основному пути. Это, наряду с присущим сетям SDH внутренним резервированием, позволяет повысить надежность всей сети в целом. Причем при таком резервировании на альтернативных маршрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, если на основном маршруте используется волоконно-оптический кабель (ВОК), то на резервном — радиорелейная линия (РРЛ), или наоборот.

На рисунке 8.11 представлена архитектура такой разветвленной (глобальной) сети, остов (или опорная/магистральная сеть) которой сформирован для простоты в виде одной сетевой ячейки, узлами которой являются коммутаторы типа SDXC, связанные по типу «каждый с каждым». К этому остову присоединены периферийные сети SDH различной топологии, которые могут быть «образами» либо корпоративных сетей (с выходом на LAN), либо общегородских сетей SDH или MAN (ОГС), либо сегментов других глобальных сетей WAN (ГСС). Эта структура может рассматриваться как некий образ глобальной сети SDH.

Еще один пример сети SDH общего вида приведен на рисунке 8.12. Эта сеть рассматривается как пример законченного решения сети, связывающей сегменты, использующие как топологии SDH, так и PDH.

Схема сети (рисунок 8.12) состоит из трех колец SDH, связанных между собой тремя сегментами. Два верхних кольца STM-4 связаны последовательной линейной SDH цепью уровня STM-16. Левые верхнее (STM-4) и нижнее (STM-1) кольца связаны линией Е4 PDH (140 Мбит/с), терминальные мультиплексоры PDH которой PSM-1 на уровне триба Е4 непосредственно связаны с SDH мультиплексорами SDM-1. Замыкающее звено между правым верхним и нижним кольцами SDH использует кросс-коммутатор T::DAX, связанный на уровне PDH трибов с двумя мультиплексорами SDM-1 нижнего кольца STM-1 с одной стороны и мультиплексором SDM-1 с другой. Последний выполняет несколько функций:

• терминального мультиплексора последовательной линейной цепи SDM-1;
• мультиплексора ввода/вывода для сети доступа, организуемой через РСМ-2, и потоков от кросс-коммутатора T::DAX;
• концентратора-коммутатора потоков между T::DAX, верхним кольцом STM-4, линейной цепью SDM-1 и PDH мультиплексором РСМ-2 в сети доступа.

Наконец, сети SDH общего вида можно рассматривать как транспортную сеть для ATM трафика, учитывая, что виртуальные контейнеры VC-n могут нести в упакованном виде поток ATM ячеек в качестве полезной нагрузки. Можно отметить, что в настоящее время стандартизованы процедуры такой упаковки (инкапсуляции) ATM ячеек в виртуальные контейнеры VC-4 и VC-4-Xc, используемые в схемах мультиплексирования SDH.

Для сопряжения SDH и ATM сетей (рассматриваемых как сети доступа) уже сейчас существуют коммутаторы доступа ATM, осуществляющие упаковку ячеек ATM в виртуальные контейнеры

SDH. Одним из них является, например, коммутатор АТоМ компании ECI. Схема общей сети SDH и ATM сети доступа приведена на рисунке 8.13.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют типы архитектур построения транспортных сетей SDH?
2. На чём основывается выбор архитектуры транспортных сетей?
3. Какие основные топологии при планировании транспортных сетей часто находят применение?
4. Какой элемент транспортной сети необходим для сопряжения SDH и ATM?
5. Перечислите функции, выполняемые мультиплексором SDM-1 в схеме сети общего вида с сегментами PDH и SDH.

8.3 Общий подход по защите оборудования SDH

8.3.1 Общие положения

Защита сети передачи обеспечивается наличием избыточности оборудования аппаратуры и применением коммутационной логики, которая, в случае повреждения или снижения качества, производит замену аварийного блока (слота) на резервный. Резервирование этих блоков осуществляется по схеме 1:n, означающее что на n-работающих блоков приходится один резервный.

В сети SDH можно осуществлять защиту секции мультиплексирования (оконечного оборудования секции мультиплексирования — Multiplex Section Termination, MST), путём использования блока защиты секции мультиплексирования (Multiplex Section Protection, MSP).

Чтобы скоординировать процедуру обмена между двумя противоположными блоками MSP, используются байты, представленные в секционном заголовке MSOH аббревиатурами К1 и К2.