16
Ядро и уровень агрегации могут быть объединены в зависимости от масштаба
строящейся сети. Каналы между коммутаторами чаще всего строятся на основе
высокоскоростных технологий Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet. При этом
необходимо учитывать структуру построения ядра и требования по
восстановлению сети при сбое. Резервирование компонентов коммутаторов
обеспечивается в ядре и на уровне агрегации. Также выполняется
топологическое резервирование, которое при возникновении одиночных сбоев
каналов и узлов позволяет продолжать предоставление услуг. Только применяя
технологию канального уровня можно добиться существенного сокращения
времени на восстановление.
Для подключения корпоративных клиентов, офисных зданий, а также
домашних клиентов уровень доступа строится на коммутаторах Metro Ethernet
по кольцевой или звездообразной схеме. Идентификация и изоляция клиентов,
защита инфраструктуры оператора – это меры безопасности, комплексно
реализуемые на уровне доступа. [6]
1.3.3 Составление схемы топологии проектируемой сети
При проектировании высокоскоростной линии передачи необходимо
решить задачу выбора топологии сети. Для решения этой задачи достаточно
знания возможного набора стандартных базовых топологий, из которых можно
будет составить топология сети в целом.
Зоны действия мультисервисной сети могут иметь различные условия
застройки. От них будет зависеть топология построения оптической
транспортной среды (ОТС). Для реализации ОТС выделяют три топологические
схемы: "звезда" (точка-точка), "дерево" и "кольцо". Реализация Магистральных
(МУ) и субмагистральных (СМУ) уровней ОТС мультисервисной сети, чаще
всего основывается по кольцевой топологии. Целью такого решения является
организация резервного направления доставки услуг до крупных сегментов сети.
В нашем случае при предоставлении услуги широкополосного доступа в
интернет (ШПД) рассмотрим использование топологии "кольцо", а при
организации услуги кабельного телевидения топологию "звезда".
17
Рассмотрим организацию волоконно-оптической сети передачи данных
проектируемой мультисервисной сети. Для этого более подробно на топологии
сети.
В любой сети связи есть некий центр, который, являясь еѐ началом,
позволяет достичь абонента в виде той или иной услуги.
Роль такого центра в нашем случае выполняет центральная головная
станция (ЦГС) на которой располагается "ядро" сети. ЦГС и местные головные
станции (МГС) для непосредственной подачи услуг в районы города
соединяются между собой транспортным волоконно-оптическим кольцом.
Каждая МГС имеет магистральное кольцо, которое соединяет между собой
пункты перекоммутации (ППК). ППК в свою очередь содержит в себе
распределительное кольцо, от которого запитаны оптические узлы (ОУ). ОУ это
шкафы, устанавливаемые непосредственно в домах. На каждом ППК как
правило находится до 8 домов. [15]
Схема топологии сети изображена на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 - Топология проектируемой сети.
Рассмотрим случай, при котором произойдет обрыв транспортного и
магистрального кольца.
18
Рисунок 1.5 - Обрыв волоконно-оптического кабеля
Построенная на основе топологии кольцо сеть обеспечивает
резервирование сегментов сети посредством основного и резервного
направления. Эти два направления физически находятся в разных волоконно-
оптических кабелях, а также имеют различную трассу прокладки, что позволяет
исключить повреждения сразу обоих направлений. На рисунке 1.5 видно как
при повреждении транспортного сегмента волоконно-оптической сети между
ЦГС и МГС 1, ЦГС и МГС 4, сигнал начинает поступать по резервным
направлениям. При повреждении магистрального сегмента, между МГС 4 и ППК
1, сигнал так же поступает по резервному направлению.
Для реализации систем ШПД и кабельного телевидения рассмотрим
топологию распределительного уровня. Как правило, распределительный
сегмент состоит из кольца, который содержит 8 домов.
Для основного и резервного направления на распределительном сегменте
сети используется 8-ми волоконный оптический кабель. В каждом из плеч
кабельной линии 4 волокна задействованы под передачу сигнала ШПД. Столько
же волокон задействовано под передачу сигнала КТВ.
Схему распределения оптических волокон для услуг КТВ и ШПД на
распределительном сегменте сети рассмотрим по отдельности более подробно.
[21, 22,]
19
Рисунок 1.6 - Схема распределения оптических волокон для сигнала ШПД
На рисунке 1.6 изображена схема кольцевой распределительной
оптоволоконной сети. На схеме видно, что на распределительном уровне кольцо
реализуется основным и резервным направлениями, физически разнесенными по
разным оптическим кабельным линиям. Каждые два ОУ запитаны волокном
одного цвета в прямом направлении, а в обратном резервирование реализовано
кроссированием данных узлов в порты коммутаторов с SFP модулями.
Наиболее типичными случаями на распределительном сегменте сети
являются отключения электропитания ОУ и обрывы оптоволоконного кабеля.
Случай с обрывом ВОЛС одного из направлений распределительного сегмента
наглядно отображает рисунок 1.7. Из данной схемы мы видим, что при
повреждении одного из направлений кольца, в работу включается его резервное
направление. В обычном режиме, трафик распределяется по кольцу равномерно.
Это реализовано посредством применения сетевого протокола ERPS
(англ. Ethernet Ring Protection Switching), при котором коммутатор, как правило,
самый дальний от начала сегмента выбирается RPL owner’ом. Блокировка
трафика при этом осуществляется одним из его кольцевых портов, назначенным
RPL-портом. В случае пропадания связи на кольцевом порту одного из
коммутаторов, этот коммутатор посылает служебное сообщение об обрыве через
работающий порт, тем самым извещает RPL-коммутатор, который включает
свой неработающий порт. Когда на «упавшем» порту восстанавливается сигнал,
коммутатор блокирует его на время, указанное в параметре WTR Time. Это
20
время дается на стабилизацию сигнала с этого порта, чтобы не приходилось
постоянно перестраивать топологию.
Рисунок 1.7 - Резервирование при обрыве ВОЛС
При сбое в электроснабжении одного из домов в кольце, доступ в
Интернет будет возможен для абонентов во всех домах, включенных в кольцо.
Для абонентов, у которых в наличии заряженные ноутбуки, услуга будет
доступна даже в доме, где пропало электропитание. Так как узел снабжен
источником бесперебойного питания (ИБП), это обеспечит около часа работы
ОУ. [9, 14] Рисунок 1.8 показывает, что дом с прерванным электроснабжением,
не влияет на функционирование кольца сегмента распределительной сети в
целом.
Рисунок 1.8 - Отключение электропитания на распределительном сегменте сети
21
Услуга кабельного телевидения на распределительном уровне реализуется
по топологии звезда. Резервирование сигнала КТВ реализуется на транспортном
и магистральном уровнях с помощью оптических переключателей. На ППК по
двум различным кабелям приходит два сигнала кабельного телевидения,
служащие прямым и резервным направлениями. Они заводятся на оптический
переключатель, и уже с него на оптический делитель (сплиттер). Если
происходит обрыв основного сигнала, оптический переключатель выполняет
переключение на резервное волокно, тем самым реализует резервирование.
Схема распределения оптических волокон на распределительном сегменте
сети для сигнала КТВ изображена на рисунке 1.9.
Рисунок 1.9 - Схема распределения волокон для услуги КТВ
1.3.4 Организация широкополосного доступа в интернет
Типовая схема сети с архитектурой Metro Ethernet может быть разделена
на три уровня:
1. Уровень ядра сети и сервисной границы
2. Уровень агрегации
3. Уровень доступа
На рисунке 1.10 изображена на рисунке типовая схема.
22
Рисунок 1.10 - Типовая схема сети с архитектурой Metro Ethernet
Ядро сети
Подключение абонентов, подключение каналов операторов связи и
классификация трафика – всѐ это является основными функциями устройств
уровня ядра сети и сервисной границы. Ядро типовой сети составляют
следующие устройства: сервисные маршрутизаторы, технологические
коммутаторы, маршрутизаторы, сетевые экраны и серверное оборудование.
Схема ядра представлена на рисунке 1.11.
Рисунок 1.11 - Ядро сети
23
Сердцем сети является маршрутизатор широкополосного удаленного
доступа (англ. Broadband Remote Access Server — сокращѐнно BRAS). В его
задачи входит организация соединения до абонента, управление внешними
каналами связи, стыковка с серверами биллинга и другими серверами, для
полноценного оказания услуг. Укомплектованный BRAS позволяет подключить
до 100 000 абонентских сессий.
Используя в ядре сети два BRAS, осуществление физической коммутации
происходит таким образом, что любой абонент может получать услугу у любого
из них. В режиме штатного функционирования, нагрузка равномерно
распределена между обоими серверами (рисунок 1.12).
Рисунок 1.12 - Функционирование BRAS в штатном режиме
При возникновении нештатной ситуации на одном из BRAS или
физическом обрыве связи с ним, происходит автоматическое переключение
абонентов на другой BRAS. При этом не должно возникнуть дефицита ресурсов
как для подключения абонентов, так и пропускной способности транспортной
сети.
Коммутаторы ядра сети выполняют подключение всего оборудования и
серверов центральной ГС, а так же внешние каналы и производят их
коммутацию высокоскоростными линками с BRAS.
Функцию firewall и препятствование доступу извне к серверам биллинга и
иному сетевому оборудованию выполняет сетевой экран.
24
Маршрутизаторы обеспечивают безопасный обмен данными между
географически разнесенными объектами организации, образуя каналы для
удаленного управления и мониторинга.
Серверное оборудование условно можно разделить на:
- Серверы биллинга
- Серверы телефонии
- Серверы инфраструктуры
- Серверы информационных технологий (ИТ)
Серверы биллинга выполняют следующие функции: авторизация
абонентов, работа личного кабинета абонентов на портале компании,
формирование отчетов по работе клиентов, резервное копирование системы
биллинга, авторизацию на активном сетевом оборудовании.
Серверы IP телефонии реализуют комплекс услуг телефонии для
абонентов организации-провайдера.
Группа серверов ИТ реализует сервисы как для абонентов (проверка
входящей и исходящей скорости соединений, преобразование доменных имен в
IP адреса) так и для сотрудников компании (видео мониторинг на объектах,
мониторинг оборудования сети, мониторинг аналогового телевидения,
мониторинг качества предоставляемых услуг IP телефонии, внутренняя
корпоративная телефония, сбор, анализ и хранение данных по пользовательским
сессиям).
К серверам ИТ относятся контроллеры 1С, контроллеры домена, офисный
почтовый сервер. Они обеспечивают безотказный сервис непосредственно для
сотрудников филиала компании и для связи между филиалами. [21]
Уровень агрегации
Основная функция узлов агрегации – это доставка трафика от сегментов
доступа до сервисных маршрутизаторов. На агрегационном уровне сети
применяются высокопроизводительные коммутаторы, обеспечивающие
необходимую емкость портов, необходимую для подключения абонентов и
резервирования всех важных компонентов. Каждый коммутатор имеет
возможность подключить к себе до 140 колец из коммутаторов доступа, что
25
может составлять 10 до 30 тысяч абонентов. При подключении узла агрегации к
сервисным маршрутизаторам применяются высокоскоростные линки. При этом
физические соединения выполняются по разным физическим трассам.
Собранный на основе этих линков агрегированный канал обеспечивает
эффективный баланс трафика и резервирование на случай повреждения одного
линка оптоволокна (рисунок 1.13). При проведении профилактических работ на
всех линках агрегированного канала или в случае аварии, происходит
автоматическое переключение абонентов к другому маршрутизатору (рисунок
1.14). Подобные ситуации учитываются при расчете пропускной способности
агрегирующих линков, поэтому абоненты не заметят изменений. [22]
Рисунок 1.13 - Обрыв одного из линков агрегированного канала