Ethernet
В конце 60-х годов Гавайский университет разработал глобальную вычислительную сеть (ГВС) под названием ALOHA. Университет, располагая обширной территорией, решил объединить в сеть все имеющиеся в его распоряжении компьютеры. Одним из ключевых аспектов созданной сети явилось использование методов доступа CSMA/CD.
Эта сеть и послужила основой для современных сетей Ethernet. В 1972 году Роберт Меткалф и Дэвид Боггс (Исследовательский центр Пало Альто фирмы Xerox) разработали кабельную систему и схему передачи сигналов, а в 1975 году - первый продукт Ethernet. Первоначальная версия Ethernet представляла собой систему со скоростью передачи 2,94 Мбит/с и объединяла более 100 компьютеров с помощью кабеля длиной в 1км.
Сеть Ethernet фирмы Xerox имела такой успех, что компания Xerox, Intel Corporation и Digital Equipment Corporation разработали стандарт для Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с. Сегодня ее рассматривают как спецификацию, описывающую метод кобельного соединения и совместного использования компьютеров и информационных систем.
Спецификация Ethernet выполняет те же функции, что Физический и Канальный уровни модели OSI. Эта разработка лежит в основе спецификации IEEE 802.3.
Ethernet - самая популярная в настоящее время сетевая архитектура. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию “шина”, а для регулирования трафика в основном сегменте кабеля - CSMA/CD.
Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т.е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.
Сеть Ethernet имеет следующие характеристики:
- традиционная топология - линейная шина;
- другие топологии - звезда - шина;
- тип передачи - узкополосная;
- метод доступа - CSMA/CD;
- спецификации - IEEE 802.3;
- скорость передачи данных - 10 и 100 Мбит/c;
- кабельная система - толстый и тонкий коаксиальный, UTP.
Новые стандарты Ethernet позволяют преодолеть скорость передачи в 10 Мбит/c. Эти новые возможности разрабатываются для таких приложений, порождающих интенсивный трафик, как:
- CAD (системы автоматического проектирования);
- CAM (системы автоматического производства);
- видео;
- отображение и хранение документов.
Известны два стандарта Ethernet, которые могут удовлетворить возросшие требования:
100BaseVG-AnyLAN Ethernet;
100BaseX Ethernet (Fast Ethernet).
И Fast Ethernet, и 100BaseVG-AnyLAN работают примерно в пять-десять раз быстрее, чем стандартный Ethernet. Кроме того, они совместимы с существующей кабельной системой 10BaseT. Тоесть переход от 10BaseT к этим стандартам достаточно прост и быстр.
Идея технологии Fast Ethernet родилась в 1992 году. В августе следующего года группа производителей объединилась в Союз Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance, FEA). Целью FEA было как можно скорее получить формальное одобрение Fast Ethernet от комитета 802.3 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE), так как именно этот комитет занимается стандартами для Ethernet. Удача сопутствовала новой технологии и поддерживающему ее альянсу: в июне 1995 года все формальные процедуры были завершены, и технологии Fast Ethernet присвоили наименование.
IEEE предложила именовать Fast Ethernet как 100BaseT. Так как 100BaseT является расширением стандарта 10BaseT с пропускной способностью от 10 М бит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT включает в себя протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), который используется и в 10BaseT. Кроме того, Fast Ethernet может работать на кабелях нескольких типов, в том числе и на витой паре. Оба эти свойства нового стандарта весьма важны для потенциальных покупателей, и именно благодаря им 100BaseT оказывается удачным путем миграции сетей на базе 10BaseT.
Главным коммерческим аргументом в пользу 100BaseT является то, что Fast Ethernet базируется на наследуемой технологии. Так как в Fast Ethernet используется тот же протокол передачи сообщений, что и в старых версиях Ethernet, а кабельные системы этих стандартов совместимы, для перехода к 100BaseT от 10BaseT требуются меньшие капитальные вложения, чем для установки других видов высокоскоростных сетей. Кроме того, поскольку 100BaseT представляет собой продолжение старого стандарта Ethernet, все инструментальные средства и процедуры анализа работы сети, а также все программное обеспечение, работающее на уже созданных сетях Ethernet сохраняет в данном стандарте работоспособность.
2. Варианты реализации ИТС
Корпоративная ИТС
Корпоративная сеть создается и развивается, для решения внутренних задач операторов связи и предприятий взаимодействующих с оператором связи.
Задачи корпоративной информационно-транспортной сети.
Объединение филиалов оператора связи в единую информационную сеть.
Внедрение автоматизированных методов учета, анализа и тарификации услуг связи в процессе расчетов с клиентами.
Автоматизированный сбор и передача технической, технологической, финансовой, экономической информации.
Обеспечение передачи информации в автоматизированной системе расчетов с клиентами за услуги связи, включая:
- передачу с АТС в центр расчетов информации по тарификации местных телефонных разговоров;
- передачу информации о принятых оплатах за услуги электросвязи с пунктов приема оплат;
- передачу информации для нужд сервис-центров при работе с клиентами.
Обеспечение удаленного доступа к информации, хранимой в единой базе данных, и комплексное использование информации во всех производственных процессах с целью максимального приближения к безбумажной технологии.
Информационно-транспортная поддержка системы управления бизнес-процессами оператора связи.
Транспортная основа системы управления различными сетевыми элементами на базе технологии TMN
Обеспечение возможности подключения отделений электросвязи к сети Internet и работа E-mail.
Типы топологии магистральной сети
Для соединения узлов магистральной сети можно использовать топологию типа «звезда» или «кольцо», а также частично связную или полно связную сеть.
Звездообразная топология требует создания мощного центрального коммуникационного узла и обеспечивает эффективное использование каналов только в случае преобладания центростремительного трафика в сети. Сеть с такой топология обладает наихудшей отказоустойчивостью.
Топология «кольцо» - это последовательное соединение всех узлов (в том числе и центрального) в единую замкнутую цепь. Такая конфигурация предполагает наличие двойных каналов связи между узлами с целью повышения надежности в случае отказа одной из линий. Это позволяет также не применять меры автоматического резервирования магистральных линий связи. Недостатком в этом случае является то, что по мере роста числа удаленных узлов вероятность одновременного нарушения связи по нескольким линиям возрастает. При топологии типа «кольцо» обрыв нескольких связей приведет к прекращению обслуживания удаленных узлов, расположенных между этими обрывами.
Дополнительное предупреждение относительно использования топологии «кольцо»: линии связи, соединяющие соседние узлы, должны иметь по крайней мере удвоенную пропускную способность по сравнению с нормальной загрузкой. Это необходимо для того, чтобы сеть нормально справлялась с возможными экстремальными ситуациями. Рассмотрим, что происходит при топологии «кольцо», когда прерывается связь по одному из каналов. Трафик отказавшей линии будет перенаправлен по альтернативному пути. Но, если резервный канал не обладает достаточной нагрузкой, это может привести к блокированию трафика по всему кольцу.
Полносвязная сеть имеет наивысшую отказоустойчивость, но такая топология слишком дорога и поэтому реализуется редко. В полносвязной сети каждый узел имеет связи со всеми остальными узлами, предоставляя маршрутизатору множество альтернативных путей на случай отказов каналов связи. Чаще реализуются частично связные сети - гибрид кольцевой и полносвязной топологии. Этот вариант является вполне приемлемым с точки зрения количества альтернативных путей, реализованных между узлами.
Структура магистральной сети
Сеть доступа
В отличие от подхода к выбору технологий для создания магистральной сети для организации сети доступа не достаточно ограничиться только базовой технологией, необходимо учесть как можно больше возможных сетевых решений подключения к магистральным каналам. Учитывая особенности технологий построения коммерческой сети, можно выделить несколько классификации вариантов сети доступа:
- на основе выделенных линий;
- на основе беспроводной связи
- на основе коммутируемых каналов телефонной сети общего пользования.
Проводные каналы
В настоящее время организация выделенных каналов доступа с помощью аналоговых модемов считается устаревшей и неэффективной технологией в следствии низкой достоверности передачи данных и сложности удаленного управления абонентским оборудованием. По этой причине основным принципом для выделенных каналов является создание цифрового канала, доходящего непосредственно до терминального окончания пользователя.
Доступ пользователей корпоративной сети предлагается реализовать посредством применения концентраторов доступа Cisco MC3810, которые соединяются к «дополнительным» узлами (58, 24, 21, 36, 71) на скоростях 128 Кбит/с либо с ATM-коммутаторам опорной сети на скорости до 2 Мбит/с по протоколу - Frame Relay.
Соединение концентраторов доступа Cisco MC3810 к «дополнительным» узлам (58, 24, 21, 71) и ATM-коммутаторам опорной сети осуществляется с помощью ShortRange-модемов с поддержкой скорости на канале до 2 Мбит/с.
Оптоволоконные каналы
При использовании ВОЛС для подключения оборудования пользователей коммерческой и корпоративной сети к узлам АТС 75, 78 и 22 возможно предоставление полного спектра сервиса на основе АТМ со скоростями доступа до 622 Мбит/с. Для других узлов на ВОЛС могут быть организованы каналы SDH со скоростями 2 Мбит/с (Е1) и 34 Мбит/с (Е3).
Доступ по каналам ТФОП
Для того, чтобы не допускать перегрузки каналов межстанционных соединительных линий при работе абонентов ТФОП по коммутируемым каналам в режиме передачи данных, на АТС предусмотрены шлюзы в ИТС. Роль шлюзов выполняют концентраторы доступа совместно с встроенными или автономными цифровыми и аналоговыми модемами для коммутируемых линий.
На цифровых АТС - АХЕ-10, S-12, МТ-20 проектируются концентраторы доступа с встроенными цифровыми модемами, которые подключаются к коммутационному оборудованию по каналам Е1 или PRI, что позволит:
- обеспечить подключение большого количества входных линий (до 30 на поток Е1);
- предоставить гибкость наращивания сети;
- сократить количество интерфейсов доступа;
- снизить стоимость эксплуатации ИТС;
- повысить качество соединений и надежность системы в целом за счет исключения большого количества аналоговых телефонных каналов.
В последнее время в качестве альтернативы ISDN выдвигаются решения с использованием технологии 56К, которая обеспечивает передачу данных по аналоговым телефонным линиям со скоростью близкой к 56 Кбит/с. Эти решения основываются на сокращении количества аналого-цифровых преобразований в каналах связи, и использование их возможно только для цифровых АТС.
Варианты доступа к магистральной сети через ТФОП представлены на чертеже Структурная схема сети доступа (ТФОП).
Выбор оборудования для построения сети
Тип оборудования выбирается исходя из:
- технологий и протоколов применяемых на сети;
- типа магистральной сети и сети доступа;
- возможностей для расширения отдельных сегментов и сети в целом;
- приложений используемых на сети и, как следствие, типов трафика;
- внешних условий эксплуатации (окружающая среда);
- дополнительных требований Заказчика (защита информации, надежность и т.п.).
Инфраструктура
В данном типовом проекте рассматривается комбинированная сеть ATM/Frame Relay/X.25. Предполагается, что сеть накладывается на городскую инфраструктуру телефонной сети, включая:
SDH сеть города (как среда передачи для магистральных каналов сети передачи данных);
ИКМ участки сети;
Медные пары проводов (для осуществления доступа пользователей к сети);
ТЧ каналы к районным центрам.
Модель сети
При проектирование локальных и глобальных сетей для выбора оборудования и расчета будущих загрузок сети основой является определенный, хотя и зачастую довольно узкий и, часто, "теоретический" опыт инженеров по системной интеграции. Решения принимаются, как правило, по каталогам производителей, или, в идеальном случае, что довольно редко, по эксплуатационной документации на оборудование.
Единственный способ оптимизировать затраты и оборудование для создаваемой сети - обосновывать решения с использованием средств автоматизации проектирования или их компонентов, как это делается во всех развитых странах