Корпоративная Сеть ЖД Украины

 

     Введение

     Дать  лаконичное и точное описание общей  картины ATM - задача не из легких. Сама эта  тема достаточно объемна и сложна, а кроме того, технология ATM находится  в постоянном развитии: мир ATM состоит  из изменяющихся стандартов и продуктов, которые не всегда соответствуют этим стандартам. И хотя быстрая разработка стандартов еще больше усложняет общую картину ATM, благодаря им ATM может быстрее стать пригодной для использования, а значит, и общедоступной технологией. Поэтому понимание сегодняшнего состояния технологии ATM дает ключ к пониманию будущих направлений развития сетевых технологий.

     ATM - очень гибкая технология; она  позволяет передавать по сети  различные типы трафика - голос,  видео и данные, - обеспечивая  при этом достаточную пропускную  способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации. Технология ATM может использоваться как для построения высокоскоростных локальных сетей, так и магистралей, объединяющих традиционные локальные сети. Кроме того, организации по стандартизации ATM уже разработали много стандартов на совместимость ATM, дающих возможность производителям создавать коммутаторы, которые могут взаимодействовать с коммутаторами других производителей, а также с традиционным оборудованием локальной сети.

 

     1 Аналитический обзор 

1.   Базовые принцыпы технологии АТМ

 

     Сеть  строится на основе АТМ коммутатора  и АТМ маршрутизатора. Технология реализуется как в локальных, так и в глобальных сетях. Допускается  совместная передача различных видов  информации, включая видео, голос.

     Ячейки  данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет:

передавать  данные по одним и тем же физическим каналам, причём как при низких, так и при высоких скоростях; работать с постоянными и переменными потоками данных; интегрировать любые виды информации: тексты, речь, изображения, видеофильмы; поддерживать соединения типа точка-точка, точка-множество, множество-множество.

     Технология  ATM предполагает межсетевое взаимодействие на трёх уровнях. Для передачи данных от отправителя к получателю в сети ATM создаются виртуальные каналы, VC (англ. Virtual Circuit), которые бывают двух видов: постоянный виртуальный канал, PVC (Permanent Virtual Circuit), который создаётся между двумя точками и существует в течение длительного времени, даже в отсутствие данных для передачи;коммутируемый виртуальный канал, SVC (Switched Virtual Circuit), который создаётся между двумя точками непосредственно перед передачей данных и разрывается после окончания сеанса связи.

     Для маршрутизации в пакетах используют так называемые идентификаторы пакета. Они бывают двух видов:

     VPI (англ. virtual path identificator) — идентификатор виртуального пути (номер канала)

     VCI (англ. virtual connect identificator) — идентификатор виртуального соединения (номер соединения)

2. Структура ячейки

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.1 - Формат ячейки UNI 

 
Рисунок 1.2 - Формат ячейки NNI 

GFC = Generic Flow Control (4 бита) — общее управление потоком;

VPI = Virtual Path Identifier (8 бит UNI) или (12 бит NNI) — идентификатор виртуального пути;

VCI = Virtual channel identifier (16 бит) — идентификатор виртуального канала;

PT = Payload Type (3 бита) — тип данных;

CLP = Cell Loss Priority (1 бит) — уровень приоритета при потере пакета; указывает на то, какой приоритет имеет ячейка (cell), и будет ли она отброшена в случае перегрузки канала;

HEC = Header Error Control (8 бит) — поле контроля ошибок.

UNI = User-to-Network Interface — интерфейс пользователь-сеть. Стандарт, разработанный ATM Forum, который определяет интерфейс между конечной станцией и коммутатором в сети ATM.

NNI = Network-to-Network Interface — интерфейс сеть-сеть. Обобщённый термин, описывающий интерфейс между двумя коммутаторами в сети. 

3.   Архитектура сети АТМ

 

     Упрощенная  архитектура сети АТМ представлена на рис. 1.3. Она состоит из связанных между собой АТМ коммутаторов. Находящееся за пределами сети оборудование пользователя взаимодействует с коммутаторами через интерфейс пользователь -сеть (UNI - User-Network Interface). Для взаимодействия коммутаторов между собой служит интерфейс сетевого узла (NNI - Network Node Interface). МСЭ-Т стандартизировал в рекомендации I.432 два типа интерфейса UNI: на скоростях 155 и 622 Мбит/с (это скорости 1-го и 4-го уровней SDH). Подготовлены стандарты по использованию технологии АТМ на первичной скорости европейской иерархии 2 Мбит/с. Иерархическая модель сети АТМ, показывающая взаимодействие трех нижних уровней B-ISDN. Рассмотрим функции каждого из этих уровней. Уровень адаптации АТМ (AAL - ATM Adaptation Layer) осуществляет преобразование пользовательской информации в информационные поля ячеек и наоборот. Именно наличие AAL придают АТМ присущую ей способность переносить разнообразную пользовательскую информацию в стандартных ячейках. Стандартизировано несколько типов уровня адаптации, соответствующие различным классам обслуживания и предназначенные для преобразования разных видов информации. Их характеристики описаны ниже. Следует подчеркнуть, что процедуры ААL реализуются вне пределов сети АТМ в оконечном оборудовании пользователя (рис. 2). Уровень адаптации может использовать для своих нужд до 4 байт в пределах 48-байтного информационного поля ячейки, оставляя таким образом непосредственно для полезной информации пользователей 44 байта. AAL делится, в свою очередь, на два подуровня: подуровень конвергенции (CS - Convergence Sublayer) и подуровень разборки и сборки (SAR - Segmentation And Reassembly).

     Рисунок 1.3 – Архитектура сети АТМ

      

     1.4 Классы обслуживания и категории услуг 

     Определено  пять классов трафика, отличающихся следующими качественными характеристиками:

наличием  или отсутствием пульсации трафика, то есть трафики CBR или VBR; требованием к синхронизации данных между передающей и принимающей сторонами; типом протокола, передающего свои данные через сеть ATM, — с установлением соединения или без установления соединения (только для случая передачи компьютерных данных).

     CBR не предусматривает контроля ошибок, управления трафиком или какой-либо другой обработки. Класс CBR пригоден для работы с мультимедиа реального времени.

     Класс VBR содержит в себе два подкласса — обычный и для реального времени (см. таблицу ниже). ATM в процессе доставки не вносит никакого разброса ячеек по времени. Случаи потери ячеек игнорируются.

     Класс ABR предназначен для работы в условиях мгновенных вариаций трафика. Система гарантирует некоторую пропускную способность, но в течение короткого времени может выдержать и большую нагрузку. Этот класс предусматривает наличие обратной связи между приёмником и отправителем, которая позволяет понизить загрузку канала, если это необходимо.

     Класс UBR хорошо пригоден для посылки IP-пакетов (нет гарантии доставки и в случае перегрузки неизбежны потери).

     Таблица 1.1 - Основные характеристики классов трафика ATM

 

1.5 Сравнение высокоскоростных технологий, достоинства и               недостатки  

     Достоинства

     В представлении большинства пользователей  новая сетевая технология ассоциируется, в первую очередь, с большей полосой пропускания. Однако технология АТМ - это не только и не столько быстродействие; последнее является, скорее, следствием других ее особенностей.

     В основе технологии АТМ лежат прямые соединения между периферийными  устройствами.

     Динамически создаваемые виртуальные каналы могут иметь различные приоритеты и различные гарантии для получения необходимой им полосы пропускания, причем в рамках одного быстродействующего физического соединения могут быть созданы одновременно несколько виртуальных каналов с различными характеристиками.

     АТМ включает в себя очень мощные инструменты  для управления трафиком, которые  еще далеко не достигли пределов своего совершенства - такие, как различные  категории качества услуг и сложные  механизмы обратной связи. Именно они  позволяют одновременно передавать информацию различного типа, предъявляющую диаметрально противоположные требования к параметрам соединения. Именно эти механизмы позволяют объединить на одной магистрали трафик с различными протоколами. Наконец, эти механизмы обеспечивают оптимальное распределение полосы пропускания между различными виртуальными каналами и эффективный захват ее неиспользуемой части, что позволяет избежать перегрузок сети вплоть до физического исчерпания ее пропускной способности. Благодаря этому АТМ-сети способны удовлетворить всем противоречивым требованиям, предъявляемым различными типами трафика и различными протоколами.

В сети АТМ весь трафик, относящийся к  тому или иному виртуальному каналу, попадает на те и только те устройства и порты, которые связаны с этим каналом. При увеличении числа станций общий объем трафика, циркулирующего в сети, растет приблизительно линейным образом. Скажем, при десятикратном расширении сети общий трафик увеличивается также в 10 раз.

     В сетях же АТМ адреса станций анализируются только один раз при установлении соединения. После этого ячейки АТМ несут в себе только номер виртуального пути и виртуального канала, и коммутатору требуется минимальное число операций, чтобы препроводить их по назначению. Эти операции выполняются аппаратно, и именно поэтому коммутация в АТМ оказывается несравнимо более реальной и доступной по цене, чем коммутация в Ethernet при таком же быстродействии.

В сетях  АТМ коммутатор анализирует только заголовок ячейки и не рассматривает  остальные ее байты. Вмешаться в его работу извне крайне сложно, если вообще возможно: в современных коммутаторах эта обработка выполняется на аппаратном уровне. В сетях АТМ просто нет дверей, на которые следовало бы вешать замки: виртуальные каналы разделены глухими стенами. Это качественно новая ступень безопасности.

Имеет гибкое управление трафиком, поддержку  смешанного трафика с различными протоколами и конфиденциальность.

Эта технология способно успешно сосуществовать со всеми имеющимися локальными сетями, с любыми протоколами и с большей частью используемого в них оборудования. 

     Недостатки

     По  сравнению с достижением символического порога в 1 Гбит/с у Gigabit Ethernet , отнюдь не гарантирующем реального ускорения работы прикладных программ, скажем, в 10 раз по сравнению с Fast Ethernet или более высокой производительности, чем существующие сети АТМ с быстродействием 622 Мбит/с. Высокая стоимость

     Таким образом, широкие возможности АТМ  позволяют, помимо всего прочего, внедрять эту технологию плавным и безболезненным образом, в рамках текущей модернизации и расширения сети. При этом пользователи АТМ - сегментов сети получают в свое распоряжение все возможности, предоставляемые этой технологией, плюс доступ к традиционным сетям 
 
 
 
 

Таблица 1.2 - Сравнение высокоскоростных технологий 

 
 
 
 

 

2. Проектирование  структуры сети

2.1. Структура сети «Железных дорог Украины»

Даная сеть предоставляет  связь и выход в Internet всех железнодорожных станций Украины. А именно предоставление 6 основным железным дорогам Украины которые содержат 27 дирекций железнодорожных перевозок, 126 основных вокзалов, 1684 станции. На рисунке 2.1 представлена упрощенная структурная схема Железных дорог Украины.

 
 

       

     

     

    Львовская           Южно-Западная     Южная   Донецкая     Одесская       Приднипровская 

  

 Львов                Киев                   Харьков           Донецк          Одесса         Днепропетровск

       

Ковель         Винница           Полтава               Луганск        Черкассы            Кр. Рог

      

       Тернополь         Житомер      Прилуки           Мариуполь       Кировоград     Мелитополь

             

Рисунок 2.1 – Упрощенная структура сети «Железных дорог Украины»

  

2.2. Информацыонные потокы компании

     Информационный  поток – совокупность информации, минимально  необходимая для осуществления  работы компании.

     Выделяют  такие виды информационных потоков:

1. В  зависимости от вида систем, которые связываются потоком:

     – горизонтальный, которой принадлежит  одному уровню иерархии логистической  системы;

     – вертикальный – от верхнего уровня логистической системы до нижнего. 

2. В  зависимости от места прохождения:

     – внешний, который циркулирует между логистической системой и внешней средой;

     – внутренний, который циркулирует  внутри логистической системы или  ее отдельного элемента.

3. В  зависимости от направления по  отношению к логистической системе:

     – входящий;

     – выходящий.

4. По  виду носителя информации;

     – на бумажных носителях;

     – на электронных носителях и т.д.

5. В  зависимости от назначения:

     – директивные (управляющие);

     – нормативно-справочные;

     – учетно-аналитические;

     – вспомогательные.

Аспекты информационного потока:

• когда он остается без обратной связи (информация  отправлена,  но неизвестно, что получена);
• когда между участниками технологического конвейера вообще нет информации;
• когда есть излишняя информация, направляемая просто "по  привычке" и не запускающая никакого технологического процесса;
• когда информация не обеспечивает какой-то "сквозной" процесс.

     Все эти нарушения  информационного  потока  мешают  равномерной  работе организации, вызывают конфликты на "стыках" между  этапами  технологического процесса.

     Рисунок 2.2 – Структурная схема информационных потоков.

     Сеть  построена на многомодовом оптоволокне и витой паре 5 категории. Трафик в сети распределён таким образом:

• Днепропетровск               600/600 Мбит/с
• Одеса                600/600 Мбит/с
• Харьков                600/600 Мбит/с
• Донецк                600/600 Мбит/с
• Киев                          600/600 Мбит/с
• Львов                600/600 Мбит/с

 

Данные скорости были сформированы по мере надобности передаваемого трафика в сети:

1. Служебные данные                                                         1 Mбит/с
2. Репликацыя баз данных                                                300 Mбит/с
3. Служебная связь                                                             5 Мбит/с

4.  Резервное копирование данных                                    300 Мбит/с 
      2.3 Схема информационных потоков сети 
 
 

 
 

 
 
 
 

 
 
 

 
 
 
 
 

     Рисунок 2.2 - Информационные потоки сети

 

4. Проектирование топологии сети

 
 
 
 

                                               

 
 

Catalyst 5500 Catalyst 5500 
 
 
 

      Catalyst 5500

      Light Stream 1010 
 

                                   Catalyst 5500 

                 Catalyst 5500

     Catalyst 5500 
 
 

     Рисунок 2.3 – Топология сети 

     Обозначения:

Light Stream 1010 - АТМ-коммутатор

Catalyst 5500 - Коммутатор

  
 

 

 

3. Выбор оборудования

   3.1. Выбор активного  оборудования 

LIGHT STREAM 1010

     Рисунок 3.1 – ATM Коммутатор Light Stream 1010 

Характеристики:

     LightStream 1010 - это АТМ-коммутатор нового  поколения компании Cisco Systems Systems, предназначенный для использования на магистралях рабочих групп и кампуса. Он сочетает в себе поддержку самых последних спецификаций, разработанных консорциумом АТМ Forum, и построен на основе ПО Cisco Internetwork Operating System (CiscoIOS). В своем классе коммутаторов LightStream1010 предлагает самый полный набор мощных функций, обеспечивая при этом производительность и масштабируемость. необходимую для работы в среде АТМ.

     LightStream 1010 использует модульное шасси  с пятью слотами, для запитывания  которого применены два отказоустойчивых блока питания с разделением нагрузки. Центральный слот на LightStream 1010 выделен под один модуль АТМ Switch Processor (ASP), который можно заменять на месте эксплуатации. Он поддерживает полностью неблокирующую коммутирующую структуру с разделением памяти, рассчитанную на 5 Гбит/с, а также высокопроизводительный RISC-процессор, в котором сосредоточен базовый интеллект устройства. Уникально то, что функциональная карта модуля ASP также может быть модернизирована на месте, что позволяет подстраивать коммутатор под изменения спецификаций АТМ.

     Остальные слоты поддерживают до четырех заменяемых в горячем режиме модулей Carrier Module (САМ), каждый из которых, в свою очередь, может поддерживать до двух заменяемых в горячем режиме модулей Port Adapter Module (РАМ), максимум 8 РАМ на коммутатор, которые поддерживают разнообразные интерфейсы настольных систем, магистралей и глобальных АТМ-сетей.

     LightStream 1010 предлагает мощные и сложные функции, необходимые для внедрения АТМ-продуктов. Усовершенствованный механизм управления трафиком обеспечивает поддержку постоянного, с гарантированной доставкой и импульсного трафика, а также предоставляет гарантии качества обслуживания (QoS), которые потребуются для выполнения перспективных приложений. Поддержка контроля перегрузки на основе Available Bit Rate (ABR) позволяет коммутатору LightStream 1010 замедлять работу источников передачи данных до того, как перегрузка станет чрезмерной. Поддержка принятых консорциумом АТМ Forum протоколов PNNI дает возможность масштабировать сети, в которых установлены LightStream 1010, до сотен узлов, с обеспечением работоспособности и маршрутизации на основе QoS. Дополнительные возможности позволяют использовать списки доступа к АТМ и разделять нагрузку посредством применения избыточных каналов. Реализованные в LightStream 1010 возможности применения стандартных методов plug-and-play скрывают от пользователя всю сложность выполняемых операций, а усовершенствованные функции управления обеспечивают беспрецедентные уровни управления и наглядности работы сети.

     Компоненты  АТМ-коммутатора LightStream 1010

     Шасси с пятью слотами (такое же, как  в Catalyst 5000) с объединительной платой АТМ и вентилятором

     Дополнительно блоки резервного питания с разделением  нагрузки и автоматическим контролем  напряжения, каждый из которых имеет  свой собственный шнур питания 

     АТМ Switch Processor (ASP) Module с функциональной картой, которую можно заменять на месте эксплуатации, и 100 МГц процессор MIPS R4600, работающий с ПО Cisco IOS

     Дополнительно: до четырех Carrier Module (САМ), каждый из которых  поддерживает до двух модулей Port Adapter Module

     Модули Port Adapter Module (РАМ), каждый из которых  поддерживает ряд интерфейсов  

     Технические характеристики АТМ-коммутатора LightStream 1010

     Шасси: ВхШхГ (см)-26.7 х 43.7 х 46.1; монтируется  в стандартную 19-дюймовую стойку

     Вес без установленных блоков: 19.5 кг

     Вес со всеми установленными блоками: зависит от загрузки - примерно 39 кг

     ASP и САМ: ВхШхГ (см)-3.0 х 36.6 х  40.6

     РАМ: ВхШхГ (см)-3.0 х 16.5 х 25.4 см

     Электропитание: 9.8 А при 115 В переменного напряжения, 60 Гц; 4.9 А при 230 В переменного  напряжения, 50 Гц

     Пределы автоматического контроля напряжения: 100-127/200-240 В переменного напряжения, 8/4 А, 47-63 Гц

     Максимальная  мощность: 376 Вт  

Параметры коммутатора LightStream 1010 и процессора

     Разделяемая память 5 Гбит/с, полностью неблокирующая  коммутацирующая структура 

     Разделяемые буферы АТМ-ячеек на 65,536 ячеек

     16 Мбайт DRAM процессора (стандарт), максимум 64 Мбайт 

     8 Мбайт Flash-ОЗУ (стандарт), расширяется  до 16 Мбайт плюс до 20 Мбайт при  использовании PC-карт Flash-памяти  

     ПО  АТМ-коммутатора LightStream 1010

     По  умолчанию протокол IISP

     Дополнительно: PNNI с возможностями plug-and-play  

     Port Adapter Module

     РАМ с четырьмя портами SONET STS3c/SDH STM1 для  подключения многомодового оптоволоконного  кабеля, разъемы SC

     РАМ с четырьмя портами SONET STS3c/SDH STM1 для  подключения одномодового оптоволоконного кабеля, разъемы SC

     РАМ с четырьмя портами SONET STS3c/SDH STM1 для  подключения кабеля UTP категории 5, разъемы SC РАМ с одним портом SONET STS12c/SDH STM4C для подключения одномодового оптоволоконного кабеля, разъемы SC