Побудова моделі фрагменту MPLS-мережі у пакеті Opnet Modeler

Фізичний тракт передачі може містити  декілька віртуальних шляхів і каналів. Розрізняють постійні і комутовані віртуальні з'єднання. Постійні з'єднання  є аналогами традиційних орендованих  каналів і трактів. Комутатор  може здійснювати комутацію віртуальних  шляхів і каналів або лише комутацію  віртуальних шляхів.

Є три типи віртуальних каналів:

• постійні віртуальні канали (pemianem virtual circuit — PVC);
• комутовані віртуальні канали (switched virtual circuit — SVC);
• інтелектуальні  постійні  віртуальні  канали  (smart permanent virtual circuits — SPVC).

PVC — це постійне з'єднання  між двома кінцевими станціями,  яке встановлюється вручну в  процесі конфігурації мережі. PVC включає кінцеві станції, середовище  передачі і всі комутатори, розташовані  між кінцевими станціями. Після  установки PVC для нього резервується  певна частина смуги пропускання,  і двом кінцевим станціям не  потрібно встановлювати або скидати  з'єднання.

SVC встановлюється в міру необхідності  всякий раз, коли кінцева станція  намагається передати дані іншої  кінцевої станції. Через довільний  проміжок часу SVC скидається. SVC встановлюється  динамічно. Стандарти передачі  сигналів рівня АТМ визначають  процес установки, підтримки і  скидання з'єднання, використання  кінцевою станцією при встановленні  з'єднання параметрів QOS, а також  спосіб управління трафіком.

SPVC — це гібрид PVC і SVC. Подібно  PVC, SPVC встановлюється вручну на  етапі конфігурації мережі. При  цьому задаються лише кінцеві  станції. Для кожної передачі  мережа визначає, через які комутатори  передаватимуться вічка.

Перед встановленням з'єднання  кінцева станція запрошує одну з  чотирьох категорій сервісу.

Мережа АТМ встановлює з'єднання, використовуючи відповідні параметри  трафіку і QOS для запобігання перевантаженню мережі. Встановлені з'єднання не повинні перевищувати наданої ним  смуги пропускання. Якщо під час з'єднання смуга пропускання перевищується, то вічка відкидаються. При цьому відповідно до встановленого коефіцієнта втрат, визначається які вічка можна відкидати. Мережа відмовляє у встановленні з'єднань, які не можуть підтримуватися.

Для передачі мови через мережу АТМ  можуть використовуватися два методи:

• з'єднання на сервісному рівні. В цьому випадку АТМ розглядається як мультісервісна мережа, в якій формати передачі трафіку і сигналізації перетворятююся в середу АТМ;
• з'єднання на мережевому рівні. В цьому випадку мережа АТМ застосовується як ефективне транспортне середовище між вузлами мережі для прозорої передачі трафіку і сигналізації.

Широкосмугова мережа АТМ може включати різні інтерфейси. Інтерфейс UNI сполучає мережа АТМ з устаткуванням користувача  — комутатором АТМ або маршрутизатором. Можуть використовуватися два типи UNI: відкритий і закритий (або приватний). Відкритий інтерфейс UNI сполучає приватний АТМ-комутатор з відкритою мережею провайдера служби АТМ. Закритий інтерфейс UNI сполучає користувачів АТМ з комутатором АТМ. Термін "магістраль" (trunk) використовується для позначення АТМ-каналу між комутаторами оператора зв'язку, а термін канал або лінія (line) — для позначення каналу між устаткуванням користувача і найближчою точкою присутності (Point Of Presence — POP) АТМ-оператора. Uni-заголовки мережі АТМ зазвичай використовуються між устаткуванням СРЕ і комутатором АТМ оператора зв'язку. Проте магістральні лінії АТМ можуть використовувати як інтерфейси UNI, так і інтерфейси NNI. Заголовки NNI використовуються в тих випадках, коли оператором зв'язку забезпечується дуже велике число віртуальних каналів.

Процес маршрутизації ділиться на два етапи: вибір оптимальних  маршрутів і безпосереднє управління пакетами, здійснювані окремо. Вибір  маршрутів здійснюється маршрутними  серверами в ядрі мережі, що використовують традиційні протоколи маршрутизації (наприклад. OSPF і RIP). Обчислені маршрути передаються пристроям доступу, що підтримують розподілену маршрутизацію і які здійснюють безпосереднє управління пакетами.

В даний час технологія АТМ поширеніша як транспортна технологія, що надає  механізми забезпечення якості передачі на канальному рівні.

1.3.2 Використання технології IP для побудови транспортного рівня

Протокол IP є протоколом мережевого рівня, не орієнтованим на з'єднання  і надаючим дані для протоколів транспортного  рівня TCP (орієнтований на з'єднання) і UDP (не орієнтований на з'єднання). Протокол IP доставляє блоки даних (дейтаграмми) від однієї ip-адреси до іншої. Ip-адреса є унікальним 32 бітовим ідентифікатором мережевого інтерфейсу комп'ютера. У функції протоколу IP входить визначення маршруту для кожної дейтаграмми, при необхідності збірка і розбирання дейтаграмми на фрагменти, а також відправка джерелу дейтаграмми повідомлення про помилку в разі неможливості доставки. Засоби контролю коректності даних, підтвердження їх доставки, забезпечення правильного порядку дотримання дейтаграмм, а також функції попереднього встановлення з'єднання між комп'ютерами і ip-протоколами не передбачені.

При транспортуванні ip-пакетів їх порядок може порушуватися. Для забезпечення необхідної якості обслуговування трафіка  реального часу необхідне збереження порядку дотримання пакетів, а також  мінімізація затримки пакетів і  коливань тривалості затримок. Для  забезпечення прийнятного голосового потоку час затримки повинен складати менше 300-600 мс. Для реалізації механізмів QOS в заголовку ip-пакету передбачено поле типа сервісу розміром 8 біт (Type of Service — TOS), яке задає характер обробки пакету в процесі його транспортування.

Ip-протокол не має на увазі  використання яких-небудь певних  протоколів рівня доступу до  середовища передачі і фізичних  середовищ передачі даних. Вимоги  до канального рівня обмежуються  наявністю інтерфейсу з модулем  IP і забезпеченням перетворення ip-адреси вузла мережі, на який  передається дейтаграмма, в МАС-адресу. Як рівень доступу до середовища  передачі можуть виступати цілі  протокольні стеки, наприклад.  АТМ. IPX. X.25 і тому подібне.

Мережа IP розглядається як об'єднання  автономних незалежних локальних і  глобальних мереж, в кожній з яких може використовуватися теоретично будь-яка технологія канального рівня. Як і в будь-якій мережі, в мережі IP можна виділити магістральну мережу і мережу доступу. «Кордоном» магістральної  мережі є точки підключення локальних  мереж до глобальних. Серед використовуваних в даний час технологій локальних  мереж слід виділити наступні:

• Ethernet:
• Fast Ethernet:
• Gigabit Ethernet;
• Token Ring;
• 100VG-ANYLAN:
• FDDI/CDDI.

Граничні маршрутизатори повинні  підтримувати будь-яку підмножину з  перерахованих вище інтерфейсів. Для  з'єднання мереж використовується один з протоколів маршрутизації OSPF або ВОР.

В даний час існують два основні  способи створення магістральних ip-мереж: за допомогою ip-маршрутізаторів, сполучених каналами «крапка-крапка», або на базі транспортної мережі АТМ, поверх якої працюють (IР-маршрутізаторі).

У першому варіанті як транспорт  для передачі ip-пакетів може використовуватися  один з протоколів канального рівня (SLIP або РРР);  у другому —  вічка АТМ AAL5. У останньому випадку  необхідне використання додаткових керівників функції для контролю спільної роботи IP і АТМ.

Ip-протокол спочатку не призначався  для передачі голосу, проте його  широка поширеність, можливість  накладення практично на будь-яку  транспортну мережу, а також висока  міра сумісності вирішень різних  постачальників привели до того, що ip-мережі стали використовуватися  як універсальне середовище для  передачі всіх видів трафіку.

Основним недоліком мереж на основі протоколу IP є відсутність  механізмів, які б забезпечували  передачу трафіку реального часу. Забезпечення якості передачі чутливого  до затримки трафіку досягається  шляхом реалізації відповідних механізмів на канальному або транспортному  рівні. Реалізація послуг мультісервісної мережі на базі ip-технології вимагає впровадження додаткової підтримки якості обслуговування, підвищення надійності і раціоналізації використання ресурсів.

Управління якістю обслуговування на рівні ip-протоколу реалізується переважно в корпоративних мережах, де адміністратор може контролювати всі пристрої мережі. До методів  управління відносяться:

• виділення окремих каналів для передачі голосу;
• налаштування маршрутизатора на першочергове обслуговування пакетів з певним номером порту UDP;
• обмеження максимально допустимого розміру пакету.

1.3.3 Використання MPLS як технології транспортного  рівня

MPLS (MultіProtocol Label Swіtchіng) - це технологія швидкої комутації пакетів у багато протокольних мережах, заснована на використанні міток. MPLS розробляється й позиціюється як спосіб побудови високошвидкісних ІP- магістралей, однак область її застосування не обмежується протоколом ІP, а поширюється на трафік будь-якого мережного протоколу.

Традиційно головними вимогами, пропонованими до технології магістральної  мережі, були висока пропускна здатність, мале значення затримки й гарна масштабованість. Однак сучасний стан ринку диктує нові правила гри.. Зростаючий попит  на додаткові послуги, реалізовані  поверх простого ІP- доступу, обіцяє принести Іnternet - провайдерам величезні доходи.

Для рішення виникаючих завдань  і розробляється архітектура MPLS, що забезпечує побудову магістральних  мереж, що мають практично необмежені можливості масштабування, підвищену  швидкість обробки трафіку й  безпрецедентну гнучкість із погляду  організації додаткових сервісів. Крім того, технологія MPLS дозволяє інтегрувати  мережі ІP і ATM, за рахунок чого постачальники  послуг зможуть не тільки зберегти засоби, інвестовані в устаткування асинхронної передачі, але й покористуватися   зі спільного використання цих протоколів.

Принцип комутації. В основі MPLS лежить принцип обміну міток. Любою переданий  пакет асоціюється з тим або  іншим класом мережного рівня  (Forwardіng Equіvalence Class, FEC), кожний з яких ідентифікується певною міткою. Значення мітки унікально лише для ділянки шляху між сусідніми вузлами мережі MPLS, які називаються також маршрутизаторами, комутуючими по мітках (Label Swіtchіng Router, LSR). Мітка передається в складі будь-якого пакета, причому спосіб її прив'язки до пакета залежить від використовуваної технології канального рівня.

Розподіл міток між LSR приводить  до встановлення усередині домену MPLS шляхів з комутацією по мітках (Label Swіtchіng Path, LSP). Кожний маршрутизатор LSR містить  таблицю, що ставить у відповідність  парі "вхідний інтерфейс, вхідна мітка" трійку "префікс адреси одержувача, вихідний інтерфейс, вихідна  мітка". Одержуючи пакет, LSR по номері інтерфейсу, на який прийшов пакет, і за значенням прив'язаної до пакета мітки визначає для нього вихідний інтерфейс. Старе значення мітки  заміняється новим, що трималося  у полі "вихідна мітка" таблиці, і пакет відправляється до наступного пристрою на шляху LSP.

Таким чином, головна особливість MPLS - відділення процесу комутації  пакета від аналізу ІP- адрес у  його заголовку, що відкриває ряд  привабливих можливостей. Очевидним  наслідком описаного підходу  є той факт, що черговий сегмент LSP може не збігатися із черговим сегментом  маршруту, що був би обраний при  традиційній маршрутизації.

Використання   маршруту, що явно задається, у мережі MPLS вільно від  недоліків стандартної ІP- маршрутизації  від джерела, оскільки вся інформація про маршрут утримується в  мітці й пакету не потрібно нести  адреси проміжних вузлів, що поліпшує керування розподілом навантаження в мережі. 

4. Рівень доступу

Для реалізації телекомунікаційної інфраструктури на базі ресурсів мереж доступу NGN можуть використовуватися найрізноманітніші дротяні і безпровідні технології, основні з яких наступні:

• цифрові абонентські лінії xDSL (HDSL, ADSL, VDSL і ін.);
• пасивні оптичні мережі PON;
• гібридні волоконно-коаксіальні мережі (HFC), кабельні модеми;
• радіодоступ на базі різних технологій (Wi-fi, WIMAX, LMDS/MMDS, супутниковий зв'язок і ін.);
• безпровідний оптичний зв'язок (ІЧ-зв'язок);
• технології Fast Ethernet/Gigabit Ethernet.

Основні характеристики різних технологій доступу приведені в табл.1 Як видно з табл.1, сучасне устаткування мереж доступу може використовуватися  не лише для організації локального доступу до магістралі (транспортної мережі) на відстані до 5 км, але і  для побудови мережі доступу протяжністю  до 150 км із швидкістю передачі до 100 Мбіт/с.

В цілому сумарна вартість мережі доступу на основі комутації пакетів  може бути нижче, ніж рішення на основі традиційної технології комутації  каналів. При цьому побудована мережа доступу може використовуватися  як для телефонії, так і для передачі даних.

Таблиця 1.1 - Основні характеристики різних технологій доступу