5.1.2 Описание типовых архитектурных решений выбранных технологий
Технологии FTTx не накладывают практически никаких ограничений с точки зрения пропускной способности и поэтому обладают отличным запасом на будущее. Помимо возможности совместного использования оптоволокна и витой пары, поддержки услуг голосовой связи/передачи данных и передачи видео, эти решения позволяют предоставлять опытным пользователям современные услуги.
Исходя из описания магистральных сетей и требований ТЗ, выбираем технологию 10 Gigabit Ethernet.
К каждому магистральному коммутатору подключается сеть доступа каждого сектора (рисунок 5.2). Для соединения магистрального коммутатора с коммутаторами доступа используется технология 10 Gigabit Ethernet 1000BASE-X. От коммутаторов доступа оптоволокном подключены абоненты. Абоненты подключены с использованием технологии FTTH , так как использование технологии FTTB является дорогой и нерациональной в сравнении с FTTС в частном секторе.
Рисунок 5.2 - Типовая архитектура проектируемой сети. [17]
С магистральной сети, через сеть передачи данных весь трафик поступает к ядру. В ядре обеспечивается подключение к провайдерам высшего уровня (Ростелеком) и расположены серверы с видеоконтеном, файловые, почтовые, игровые серверы. Также в ядре находятся soft-switch и опорно-транзитная станция, благодаря которым обеспечивается обработка трафика IP телефонии (выход к телефонной сети общего пользования на междугородние и международные направления).
Сеть доступа организована по технологии FTTH. На площадках вместе с коммутатором агрегации расположен коммутатор. От узла агрегации сектора оптические каналы поступают к оптическому сплиттеру. К одному оптическому каналу подключается от 4 до 64 ONT устройств. После с помощью оптического сплиттера, оптические каналы распространяются до ONT устройств. Таким образом идет прямое подключение абонентов к сети по оптическому кабелю на скорости до 100 Мбит/с через ONT устройство.
5.1.3 Описание работы функциональной схемы
Магистральная сеть обеспечивает подключение сети доступа к предоставляемым услугам. Для этого используются высокоскоростные коммутаторы магистральной сети L3, подключенных по технологии 10GBASE-LX4 между собой, и сети передачи данных. Магистральная сеть обеспечивает быструю передачу трафика и его приоритезацию с помощью технологий QoS. Также на каждом узле агрегации магистральной сети расположены серверы BRAS (Broadband Remote Access Server, маршрутизатор широкополосного удалённого доступа. Маршрутизирует трафик к/от мультиплексора доступа цифровой абонентской линии (DSLAM) или коммутатора в сетях интернет-провайдера.), которые агрегируют абонентские подключения по сети уровня доступа, и проводят биллинг доступа к сети Интернет.
Сеть доступа реализована на коммутаторах. Коммутаторы расположены в узлах агрегации вместе с магистральными коммутаторами. К каждому порту коммутатора подключаются 4-64 ONT через оптические кабели. От каждого порта коммутатора по оптическому кабелю, сигнал поступает в оптический сплиттер. Который разделяет его на 4-64 оптических кабелея, к которым присоединяются ONT устройства. Абонентские ONT устройства, через оптоволокно подключаются к оптическому сплиттеру на скорости до 100 Мбит/с. Далее абонентский трафик через ONT устройство поступает к магистральной сети и к BRAS и далее к сети Internet.
Для обеспечения абонентов услугой IP телефонии, у абонента располагается голосовой шлюз для преобразования IP телефонии в аналоговую телефонию. Трафик IP телефонии поступает через ONT устройство, через отдельный виртуальный канал который имеет высший приоритет. Коммутаторы GePON, как и коммутаторы доступа и агрегации также имеют поддержку QoS.
VoIP шлюзы
Поддержка протоколов SIP, H.323 version 4, T.38;
Поддержка аудиокодеков: G.711 (a-law/μ-law) (64 kbps) G.729a (8kbps) G.723.1 (5.3/6.4 kbps)
Тип транков VLAN: 802.1x;
Поддержка протокола SNMP
Для частного сектора необходимые голосовые шлюзы с большим числом портов, которые будут расположены у абонентов. Порт FXO позволяет преобразовывать оцифрованный голос из IP-сети или Интернет в аналоговый голос и передавать его пользователям аналоговых телефонных аппаратов в ТфОП. Голосовой шлюз оснащен встроенным маршрутизатором, что позволяет иметь доступ к сети Internet одновременно с совершением телефонных звонков.
Подключение: Нужно подключить SIP адаптер к сети. С помощью провода Ethernet подключаем SIP адаптер к свичу. Тоже самое проделываем с роутером. Из свича сетевой провод включаем в сетевую карту своего компьютера. Шнур от телефона включаем в SIP адаптер (специальное отверстие для телефонного кабеля) и подключение к питанию.
VoIP телефония подразумевает передачу голоса в потоке передачи данных. При этом используются специальные протоколы. Наиболее распространенный и известный, это проткол h.323.
H.323 был первоначально разработан для вычислительных сетей, так что переменная ширина полосы частот и время задержки Интернет уменьшают полезность некоторых элементов H.323. По умолчанию голосовым кодер-декодером в стандарте H.323 является G.711. Однако ширина полосы частот в 64 kbps, требуемая в G.711, неприемлема при использовании в Интернет, т.к. большинство пользователей Интернета имеет канал заведомо меньшей ширины. Но даже в этом случае многое из стандарта является полезным.
G.723 является одним из нескольких "стандартных" кодеров для IP-телефонии, особенно после того, как Intel, Microsoft и Netscape объявили о поддержке этого кодера. Основной недостаток G.723 состоит в том, что он требует весьма больших ресурсов процессора. Intel, например, определяет 100 MHz Pentium-процессор как минимальный для использования в Интернет-телефонии.
Протоколы используемые в сети:
HTTP (англ. HyperText Transfer Protocol — «протокол передачи гипертекста») — протокол прикладного уровня передачи данных (изначально — в виде гипертекстовых документов). Основой HTTP является технология «клиент-сервер», то есть предполагается существование потребителей (клиентов), которые инициируют соединение и посылают запрос, и поставщиков (серверов), которые ожидают соединения для получения запроса, производят необходимые действия и возвращают обратно сообщение с результатом.
HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов. В 2006 году в Северной Америке доля HTTP-трафика превысила долю P2P-сетей и составила 46 %, из которых почти половина — это передача потокового видео и звука.
Основным объектом манипуляции в HTTP является ресурс, на который указывает URI (англ. Uniform Resource Identifier) в запросе клиента. Обычно такими ресурсами являются хранящиеся на сервере файлы, но ими могут быть логические объекты или что-то абстрактное. Особенностью протокола HTTP является возможность указать в запросе и ответе способ представления одного и того же ресурса по различным параметрам: формату, кодировке, языку и т. д. (В частности для этого используется HTTP-заголовок.) Именно благодаря возможности указания способа кодирования сообщения клиент и сервер могут обмениваться двоичными данными, хотя данный протокол является текстовым.
HTTP — протокол прикладного уровня, аналогичными ему являются FTP и SMTP. Обмен сообщениями идёт по обыкновенной схеме «запрос-ответ». Для идентификации ресурсов HTTP использует глобальные URI. В отличие от многих других протоколов, HTTP не сохраняет своего состояния. Это означает отсутствие сохранения промежуточного состояния между парами «запрос-ответ». Компоненты, использующие HTTP, могут самостоятельно осуществлять сохранение информации о состоянии, связанной с последними запросами и ответами (например, «куки» на стороне клиента, «сессии» на стороне сервера). Браузер, посылающий запросы, может отслеживать задержки ответов. Сервер может хранить IP-адреса и заголовки запросов последних клиентов. Однако сам протокол не осведомлён о предыдущих запросах и ответах, в нём не предусмотрена внутренняя поддержка состояния, к нему не предъявляются такие требования.
DHCP (англ. Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки узла) — сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к так называемому серверу DHCP, и получает от него нужные параметры. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых сервером среди компьютеров. Это позволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и уменьшает количество ошибок. Протокол DHCP используется в большинстве сетей TCP/IP.
POP3 (англ. Post Office Protocol Version 3 — протокол почтового отделения, версия 3) — стандартный Интернет-протокол прикладного уровня, используемый клиентами электронной почты для извлечения электронного сообщения с удаленного сервера по TCP/IP-соединению.
POP и IMAP (Internet Message Access Protocol) — наиболее распространенные Интернет-протоколы для извлечения почты. Практически все современные клиенты и серверы электронной почты поддерживают оба стандарта. Протокол POP был разработан в нескольких версиях, нынешним стандартом является третья версия (POP3). Большинство поставщиков услуг электронной почты (такие как Hotmail, Gmail и Yahoo! Mail) также поддерживают IMAP и POP3. Предыдущие версии протокола (POP, POP2) устарели. Альтернативным протоколом для сбора сообщений с почтового сервера является IMAP.
SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол передачи почты) — это широко используемый сетевой протокол, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.
SMTP впервые был описан в RFC 821 (1982 год); последнее обновление в RFC 5321 (2008) включает масштабируемое расширение — ESMTP (англ. Extended SMTP). В настоящее время под «протоколом SMTP», как правило, подразумевают и его расширения. Протокол SMTP предназначен для передачи исходящей почты с использованием порта TCP 25.
В то время, как электронные почтовые серверы и другие агенты пересылки сообщений используют SMTP для отправки и получения почтовых сообщений, работающие на пользовательском уровне клиентские почтовые приложения обычно используют SMTP только для отправки сообщений на почтовый сервер для ретрансляции. Для получения сообщений клиентские приложения обычно используют либо POP (англ. Post Office Protocol — протокол почтового отделения), либо IMAP (англ. Internet Message Access Protocol), либо патентованные системы (такие как Microsoft Exchange и Lotus Notes/Domino) для доступа к учетной записи своего почтового ящика на сервере.
UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — один из ключевых элементов Transmission Control Protocol/Internet Protocol, набора сетевых протоколов для Интернета. С UDP компьютерные приложения могут посылать сообщения (в данном случае называемые датаграммами) другим хостам по IP-сети без необходимости предварительного сообщения для установки специальных каналов передачи или путей данных. Протокол был разработан Дэвидом П. Ридом в 1980 году и официально определён в RFC 768.
UDP использует простую модель передачи, без неявных «рукопожатий» для обеспечения надёжности, упорядочивания или целостности данных. Таким образом, UDP предоставляет ненадёжный сервис, и датаграммы могут прийти не по порядку, дублироваться или вовсе исчезнуть без следа. UDP подразумевает, что проверка ошибок и исправление либо не нужны, либо должны исполняться в приложении. Чувствительные ко времени приложения часто используют UDP, так как предпочтительнее сбросить пакеты, чем ждать задержавшиеся пакеты, что может оказаться невозможным в системах реального времени. При необходимости исправления ошибок на сетевом уровне интерфейса приложение может задействовать TCP или SCTP, разработанные для этой цели.
TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) — один из основных протоколов передачи данных Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP. Выполняет функции протокола транспортного уровня в стеке протоколов TCP/IP.
TCP — это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета. В отличие от UDP гарантирует целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.
Реализация TCP, как правило, встроена в ядро ОС, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.
Когда осуществляется передача от компьютера к компьютеру через Интернет, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, браузером и веб-сервером. Также TCP осуществляет надежную передачу потока байтов от одной программы на некотором компьютере к другой программе на другом компьютере. Программы для электронной почты и обмена файлами используют TCP. TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.
IP (Internet Protocol, досл. «межсетевой протокол») — маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные компьютерные сети во всемирную сеть Интернет. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети.[6]
Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых протоколов передачи данных, используемых в сетях, включая сеть Интернет. Название TCP/IP происходит из двух наиболее важных протоколов семейства — Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP), которые были разработаны и описаны первыми в данном стандарте.
Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:
дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),
алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).
В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число перевалочных пунктов, но и время прохождения пакетов по связи между соседними маршрутизаторами. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце-концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.
Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.
Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.
Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.
Для того, чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.
Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.