Проект расширения мультисервисной сети предприятия

Федеральное агентство связи
Хабаровский Институт Инфокомуникаций (филиал)
Государственное образовательное учреждение
Высшего Профессионального Образования
Сибирский Государственный Университет
Телекоммуникаций и Информатики






Отчёт о практической работе
по дисциплине:
«Технология монтажа и обслуживаниямультисервисных сетей»
на тему:
«Проект расширения мультисервисной сети предприятия»







Выполнил: Иванов В.П.
Группа ССиСК-52
Проверил: .






Хабаровск 2015 год



Аннотация
Данный отчёт содержит обоснование выбранной темы на дипломное проектирование с анализом возможных методов решения поставленной задачи. Анализ возможных мето-дов решения проводится на основе литературных источников и нормативно-технических документов, относящихся к теме дипломной работы (проекта). В отчёт включены мате-риалы по охране труда и техники безопасности.

Содержание
1. Введение. 4
1.1. Актуальность выбранной темы. 4
1.2. Практическая значимость. 5
2. Современные мультисервисные корпоративные сети. 6
3. Архитектура корпоративной сети. 7
3.1. Архитектура Edge-модуля. 8
3.2. Вывод. 9
4. Введение в архитектуру MPLS. 9
4.1 Принцип коммутации. 9
4.2 Элементы архитектуры.. 13
4.2.1 Метки и способы маркировки. 13
4.3. Построение коммутируемого маршрута. 15
4.4. Качество обслуживания в MPLS. 18
4.5. Преимущества технологии IP/MPLS. 20
5. Заключение. 21
6. Литература. 22

1. Введение.
1.1. Актуальность выбранной темы.
Одна из основных задач, которая должна быть решена для успешного функционирования современной компании, - доступность и актуальность информации, обеспечивающей технологические и бизнес процессы. Фундаментом для внедрения новых сервисов, позволяющих эффективно организовать работу сотрудников различных служб, выступают интеллектуальные мультисервисные корпоративные сети передачи данных. Современная корпоративная сеть является интегрированной средой, обеспечивающей все виды телекоммуникационных услуг - традиционную передачу данных, телефонию, видеоконференции и видеовещание, интеграцию средств контроля доступа, охраны и видеонаблюдения. Необходимыми компонентами корпоративной сети являются средства мобильного доступа и развитые средства обеспечения безопасности передачи данных.
Технология IP/MPLS является базой для вышеуказанного спектра услуг. Технология IP/MPLS может передавать не только IP трафик, но и трафик любого протокола второго уровня (Ethernet, FrameRelay, ATM и т. п.) прозрачно через сеть, что позволяет продол-жать предоставлять некоторые устаревшие сервисы и плавно мигрировать на более про-грессивный пакет услуг. Также технология MPLS идеально подходит для построения се-тей для технологических нужд операторов телефонной связи, например, в качестве транспорта для сетей NGN. Данная технология может обеспечить время восстановления сети менее 50 мс, что не позволит прерваться сервисам, организованным через сеть и критичным к потерям и задержкам.
Всё выше изложенное показывает, что выбранная тема дипломной работы актуальна и важна.
1.2. Практическая значимость.
Практическая значимость данной работы заключается в проектировании надёжной архи-тектуры мультисервисной корпоративной сети для реализации всех сервисов и функций, возлагаемых на современные сети передачи данных, что позволит компании более эф-фективно решать основные бизнес-задачи
2. Современные мультисервисные корпоративные сети.
Внедрение информационных технологий в современном бизнесе стало одним из ключе-вых факторов получения дополнительных конкурентных преимуществ. Современные ин-формационные технологии позволяют компаниям более эффективно решать основные бизнес-задачи:
расширение клиентской базы;
повышение управляемости и прозрачности бизнеса;
снижение затрат;
обеспечение информационной безопасности.

Для более эффективной работы с клиентами организуется телефонная связь с еди-ными городскими номерами для всех подразделений, единая корпоративная электронная и голосовая почта, интеграция телефонии с CRM-системами.
Повышение управляемости и прозрачности бизнеса достигается за счёт возможности удаленного управления рабочими местами, централизованного контроля за Интернет-трафиком, междугородними теле фонными звонками, организации удаленного видеонаб-людения за рабочими местами.
Снижение затрат достигается за счет использования сервисов IP-телефонии и видео-конференцсвязи, удаленного доступа к ресурсам сети для мобильных и надомных со-трудников.
Повышение информационной безопасности происходит за счет таких возможностей, как:
обнаружение и блокирование сетевых и вирусных атак;
организация шифрованных туннелей через Интернет для связи офисов и для мобильных сотрудников;
аутентификация пользователей и устройств, блокирование неиспользуемых портов, разграничение прав доступа.
Реализация этих возможностей зависит от создания надежной и управляемой сетевой инфраструктуры.
3. Архитектура корпоративной сети
В общем случае корпоративная сеть состоит из следующих компонентов:
Уровень доступа отвечает за подключение пользовательских устройств к сети. На этом уровне осуществляется разделение пользователей по виртуальным подсетям (VLAN), осуществляется базовая безопасность (блокирование неиспользованных портов, фильтрация mac-адресов или аутентификация 802.1x), задаются метки для приоритезации трафика (QoSclassification). Через коммутаторы уровня доступа подается питание для IP-телефонов и беспроводных точек доступа (PoE). Для обеспечения отказоустойчивости соединение с уровнем распределения осуществляется по двум независимым каналам. Такая архитектура позволяет ограничить домен отказа: в случае сбоев доступ к корпоративным ресурсам не получат только пользователи одного и VLAN-ов, а остальная сеть не потеряет своей работоспособности.
Уровень распределения. На этом уровне осуществляется маршрутизация междуот-дельными VLAN-ми, применяются политики безопасности, передача трафика осуществ-ляется в соответствии с заданными приоритетами, работают протоколы обеспечивающие отказоустойчивость сети.
Уровень ядра. Задача ядра - обеспечивать быструю и надежную коммутацию пакетов между коммутаторами уровня распределения, серверной фермой и edge-модулем.
Edge-модуль отвечает за соединение корпоративной сети с внешним миром.

Рис. 1. Архитектура корпоративной сети
3.1. Архитектура Edge-модуля
В состав Edge-модуля входят компоненты, обеспечивающие взаимодействие с различ-ными сервис-провайдерами:
Модуль Internet отвечает за соединение с сетью Internet. В этом модуле осуществляется защита сети, организуется связь с фили алами и удаленными пользователями по защищенным каналам (VPN), устанавливаются публичные сервера (Web, E-mail, DNS)
Модуль WAN служит для взаимодействия между офисами и филиалами корпоратив-ной сети. Основная задача этого модуля - обеспечить надежное соединение с гаранти-руемым качеством обслуживания и прогнозируемой задержкой. Это позволяет создавать распределенные корпоративные системы, поддерживающие приложения IP-телефонии, видеоконференцсвязи и т. д.
Модуль Voice обеспечивает взаимодействие корпоративной телефонной сети с се-тями общего пользования. В качестве провайдеров телефонии могут выступать как тра-диционные операторы, так и VoIP-операторы.
3.2. Вывод
Рассмотренная архитектура корпоративной сети позволяет обеспечивать сквозное каче-ство обслуживания на всех уровнях сети, информационную безопасность, внедрять ин-теллектуальные сервисы, системы IP-телефонии и видеоконференцсвязи.
4. Введение в архитектуру MPLS.
MPLS (MultiProtocolLabelSwitching) — это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. MPLS разрабатывается и позиционируется как способ построения высокоскоростных IP-магистралей, однако область ее применения не ограничивается протоколом IP, а распространяется на трафик любого маршрутизируемого сетевого протокола.
4.1 Принцип коммутации
В основе MPLS лежит принцип обмена меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня (ForwardingEquivalenceClass, FEC), каждый из которых идентифицируется определенной меткой. Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узлами сети MPLS, которые называются также маршрутизаторами, коммутирующими по меткам (LabelSwitchingRouter, LSR). Метка передается в составе любого пакета, причем способ ее привязки к пакету зависит от используемой технологии канального уровня.
Маршрутизатор LSR получает топологическую информацию о сети, участвуя в работе алгоритма маршрутизации — OSPF, BGP, IS-IS. Затем он начинает взаимодействовать с соседними маршрутизаторами, распределяя метки, которые в дальнейшем будут приме-няться для коммутации. Обмен метками может производиться с помощью как специаль-ного протокола распределения меток (LabelDistributionProtocol, LDP), так и модифициро-ванных версий других протоколов сигнализации в сети (например, незначительно видо-измененных протоколов маршрутизации, резервирования ресурсов RSVP и др.).
Распределение меток между LSR приводит к установлению внутри домена MPLS путей с коммутацией по меткам (LabelSwitchingPath, LSP). Каждый маршрутизатор LSR содержит таблицу, которая ставит в соответствие паре «входной интерфейс, входная метка» тройку «префикс адреса получателя, выходной интерфейс, выходная метка». Получая пакет, LSR по номеру интерфейса, на который пришел пакет, и по значению привязанной к пакету метки определяет для него выходной интерфейс. (Значение префикса применяется лишь для построения таблицы и в самом процессе коммутации не используется.) Старое значение метки заменяется новым, содержавшимся в поле «выходная метка» таблицы, и пакет отправляется к следующему устройству на пути LSP.
Вся операция требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса отправителя с наиболее длинным адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной маршрутизации.

Таким образом, главная особенность MPLS — отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адресов в его заголовке, что открывает ряд привлекательных возможностей. Очевидным следствием описанного подхода является тот факт, что очередной сегмент LSP может не совпадать с очередным сегментом маршрута, который был бы выбран при традиционной маршрутизации.
Поскольку на установление соответствия пакетов определенным классам FEC могут влиять не только IP-адреса, но и другие параметры, нетрудно реализовать, например, назначение различных LSP пакетам, относящимся к различным потокам RSVP или имеющим разные приоритеты обслуживания. Конечно, подобный сценарий удается осуществить и в обычных маршрутизируемых сетях, но решение на базе MPLS оказывается проще и к тому же гораздо лучше масштабируется.
Каждый из классов FEC обрабатывается отдельно от остальных — не только потому, что для него строится свой путь LSP, но и в смысле доступа к общим ресурсам (полосе пропускания канала и буферномупространству). В результате технология MPLS позволяет очень эффективно поддерживать требуемое качество обслуживания, не нарушая предоставленных пользователю гарантий. Применение в LSR таких механизмов управления буферизацией и очередями, как WRED, WFQ или CBWFQ, дает возможность оператору сети MPLS контролировать распределение ресурсов и изолировать трафик отдельных пользователей.

Использование явно задаваемого маршрута в сети MPLS свободно от недостатков стан-дартной IP-маршрутизации от источника, поскольку вся информация о маршруте содер-жится в метке и пакету не требуется нести адреса промежуточных узлов, что улучшает управление распределением нагрузки в сети.
4.2 Элементы архитектуры
4.2.1 Метки и способы маркировки
Метка — это короткий идентификатор фиксированной длины, который определяет класс FEC. По значению метки пакета определяется его принадлежность к определенному классу на каждом из участков коммутируемого маршрута.
Как уже отмечалось, метка должна быть уникальной лишь в пределах соединения между каждой парой логически соседних LSR. Поэтому одно и то же ее значение может исполь-зоваться LSR для связи с различными соседними маршрутизаторами, если только имеется возможность определить, от какого из них пришел пакет с данной меткой. Другими словами, в соединениях «точка—точка» допускается применять один набор меток на интерфейс, а для сред с множественным доступом необходим один набор меток на модуль или все устройство. В реальных условиях угроза исчерпания пространства меток очень маловероятна.
Перед включением в состав пакета метка определенным образом кодируется. В случае использования протокола IP она помещается в специальный «тонкий» заголовок пакета, инкапсулирующего IP. В других ситуациях метка записывается в заголовок протокола канального уровня или кодируется в виде определенного значения VPI/VCI (в сети АТМ). Для пакетов протокола IPv6 метку можно разместить в поле идентификатора потока.
4.2.2 Стек меток
В рамках архитектуры MPLS вместе с пакетом разрешено передавать не одну метку, а целый их стек. Операции добавления/изъятия метки определены как операции на стеке (push/pop). Результат коммутации задает лишь верхняя метка стека, нижние же переда-ются прозрачно до операции изъятия верхней. Такой подход позволяет создавать иерар-хию потоков в сети MPLS и организовывать туннельные передачи. Стек состоит из произвольного числа элементов, каждый из которых имеет длину 32 бита: 20 бит составляют собственно метку, 8 отводятся под счетчик времени жизни пакета, один указывает на нижний предел стека, а три не используются. Метка может принимать любое значение, кроме нескольких зарезервированных.
Компоненты коммутируемого маршрута
Коммутируемый путь (LSP) одного уровня состоит из последовательного набора участков, коммутация на которых происходит с помощью метки данного уровня (рис. 2). Например, LSP нулевого уровня проходит через устройства LSR 0, LSR 1, LSR 3, LSR 4 и LSR 5. При этом LSR 0 и LSR 5 являются, соответственно, входным (ingress) и выходным (egress) маршрутизаторами для пути нулевого уровня. LSR 1 и LSR 3 играют ту же роль для LSP первого уровня; первый из них производит операцию добавления метки в стек, а второй — ее изъятия. С точки зрения трафика нулевого уровня, LSP первого уровня является прозрачным туннелем. В любом сегменте LSP можно выделить верхний и нижний LSR по отношению к трафику. Например, для сегмента «LSR 4 — LSR 5» четвертый маршрутизатор будет верхним, а пятый — нижним.
4.2.3 Привязка и распределение меток
Под привязкой понимают соответствие между определенным классом FEC и значением метки для данного сегмента LSP. Привязку всегда осуществляет «нижний» маршрутиза-тор LSR, поэтому и информация о ней распространяется только в направлении от нижне-го LSR к верхнему. Вместе с этими сведениями могут предаваться атрибуты привязки.
Обмен информацией о привязке меток и атрибутах осуществляется между соседними LSR с помощью протокола распределения меток. Архитектура MPLS не зависит от кон-кретного протокола, поэтому в сети могут применяться разные протоколы сетевой сигна-лизации. Очень перспективно в данном отношении — использование RSVP для совме-щения резервирования ресурсов и организации LSP для различных потоков.
Существуют два режима распределения меток: независимый и упорядоченный. Первый предусматривает возможность уведомления верхнего узла о привязке до того, как кон-кретный LSR получит информацию о привязке для данного класса от своего нижнего со-седа. Второй режим разрешает высылать подобное уведомление только после получения таких сведений от нижнего LSR, за исключением случая, когда маршрутизатор LSR является выходным для этого FEC.
Распространение информации о привязке может быть инициировано запросом от верхне-го устройства LSR (downstreamon-demand) либо осуществляться спонтанно (unsoliciteddownstream).
4.3. Построение коммутируемого маршрута.
Рассмотрим, как система MPLS автоматически создает путь LSP в простейшем случае — с помощью протокола LDP. Архитектура MPLS не требует обязательного применения LDP, однако, в отличие от других возможных вариантов, он наиболее близок к оконча-тельной стандартизации.
Сначала посредством многоадресной рассылки сообщений UDP коммутирующие мар-шрутизаторы определяют свое «соседство» (adjacency) в рамках протокола LDP. Кроме близости на канальном уровне, LDP может устанавливать связь между «логически соседними» LSR, не принадлежащими к одному каналу. Это необходимо для реализации туннельной передачи. После того как соседство установлено, LDP открывает транспортное соединение между участниками сеанса поверх ТСР. По этому соединению передаются запросы на установку привязки и сама информация о привязке. Кроме того, участники сеанса периодически проверяют работоспособность друг друга, отправляя тестовые сообщения (keepalivemessage).
Рассмотрим на примере, как происходит заполнение таблиц меток по протоколу LDP (рис. 3). Предположим, что выбран упорядоченный режим распределения меток LSP со спонтанным распространением сведений о привязке.
На стадии A каждое из устройств сети MPLS строит базу топологической информации, задействуя любой из современных протоколов маршрутизации (на схеме — OSPF). На стадии B маршрутизаторы LSR применяют процедуру нахождения соседних устройств и устанавливают с ними сеансы LDP.
Далее (стадия С ) LSR 2 на основе анализа собственных таблиц маршрутизации обнару-живает, что он является выходным LSR для пути, ведущего к IP-сети 193.233.48.0. Тогда LSR 2 ассоциирует класс FEC с пакетами, адрес получателя которых соответствует пре-фиксу данной сети, и присваивает этому классу случайное значение метки — в нашем случае 18. Получив привязку, протокол LDP уведомляет верхний маршрутизатор LSR (LSR 1) о том, что потоку, адресованному сети с префиксом 193.233.48, присвоена метка 18. LSR 1 помещает это значение в поле выходной метки своей таблицы.
На стадии D устройство LSR 1, которому известно значение метки для потока, адресо-ванного на префикс 193.233.48, присваивает собственное значение метки данному FEC и уведомляет верхнего соседа (LSR 0) об этой привязке. Теперь LSR 0 записывает полу-ченную информацию в свою таблицу. После завершения данного процесса все готово для передачи пакетов из сети «клиента» в сеть с адресом 193.233.48.0, т. е. по выбран-ному пути LSP.
Спецификация класса FEC может содержать несколько компонентов, каждый из которых определяет набор пакетов, соответствующих данному классу. На сегодняшний день оп-ределены два компонента FEC: адрес узла (hostaddress) и адресный префикс (addressprefix). Пакет классифицируется как принадлежащий к данному классу FEC, если адрес получателя точно совпадает с компонентом адреса узла либо имеет максимальное совпадение с адресным префиксом. В нашем примере узел LSR 0 выполняет в процессе передачи классификацию пакетов, поступающих к нему из сети клиента, и (если адрес получателя в них совпадает с префиксом 193.233.48), присвоив пакету метку 33, отправляет его через интерфейс 2.
В настоящее время существуют два основных способа создания магистральных IP-сетей: с помощью IP-маршрутизаторов, соединенных каналами «точка—точка», либо на базе транспортной сети АТМ, поверх которой работают IP-маршрутизаторы. Применение MPLS оказывается выгодным в обоих случаях. В магистральной сети АТМ оно дает воз-можность одновременно предоставлять клиентам как стандартные сервисы ATM, так и широкий спектр услуг IP-сетей вместе с дополнительными услугами. Такой подход существенно расширяет пакет услуг провайдера, заметно повышая его конкурентоспособность. Тандем IP и ATM, соединенных посредством MPLS, способствует еще большему распространению этих технологий и создает основу для построения крупномасштабных сетей с интеграцией сервисов.
4.4. Качество обслуживания в MPLS.
Практически QoS реализуется с помощью различных механизмов. В качестве про¬токола сигнализации IntServ используется протокол резервирования ресурсов (ResourceReservationProtocol – RSVP), а в качестве механизмов задания правил и фор-мирования потоков – параметр согласованной скорости передачи (CommittedAc¬cessRate – CAR). Протокол общего ограничения потока данных (GenericTrafficShaping – GTS) и протокол ограничения потока данных FrameRelay (FrameRelayTrafficShaping – FRTS).
Справедливая взвешенная очередность (WeightedFairQueuing – WFQ), очеред¬ность на основе классов (Class-BasedQueuing – CBQ), раннее случайное взвешенное обнаружение (WeightedRandomEarlyDetection – WRED), приоритетная очередность (PriorityQueuing) и настраиваемая очередь (CustomQueuing) позволяют управлять по¬токами данных и пре-дотвращать заторы в сети. Для повышения эффективности рабо¬ты канала используются протокол сжатия в реальном времени (CompressedReal-TimeProtocol – CRTP) и протокол фрагментации и чередования данных в канале (LinkFragmentationandInterleaving – LFI).
Сетевые элементы, или переходы (hops), на протяже¬нии маршрута исследуют значение поля DSCP и определяют уровень QoS для па¬кета. Такой механизм получил название механизм различного поведения на отдель¬ных переходах (Per-HopBehavior – РНВ). Каж-дый сетевой элемент копирует таб¬лицу преобразования DSCP, извлеченную из пакета, в функцию РНВ, определяющую способ его обработки. Код DSCP представляет собой число или значение, которое переносится в пакете, а механизм РНВ строго определяет спо¬соб обработки пакетов.
Наборы пакетов, имеющих одно и то же значение DSCP и проходящих через сете¬вой элемент в одном и том же направлении, называются агрегатом (BehaviorAggregate – ВА). РНВ относится к правилам обработки пакета узлом, при¬надлежащему к определённому агрегату ВА, включающую в себя методы планирова¬ния, указания очередности, правил и ограничения потоков.
Область DiffServ (DS) состоит из одного или более DS-доменов. Каждый DS-домен кон-фигурируется с использованием значений DSCP и различных параметров РНВ. На всем протяжении IP-маршрута, по которому перемешается пакет, все устройства должны под-держивать службу DiffServ. Сам DS-домен включает в себя входные DS-узлы, внутренние DS-узлы в базовой магистрали и выходные DS-узлы.
Граничный DS-узел выполняет классификацию потоков данных. Классификатор потоков данных причисляет входящие пакеты к заранее определенным агрегатам на основе со-держания части за¬головка пакета, проверяет их соответствие параметрам потока или по-мечает их соответствующим образом, записывая или перезаписывая код DSCP, и поме-щает в буфер для достижения требуемой скорости потока или отбрасывает пакет в слу-чае возникно¬вения затора.
4.5. Преимущества технологии IP/MPLS
§ Отделение выбора маршрута от анализа IP-адреса (дает возможность предоставлять широкий спектр дополнительных сервисов при сохранении масштабируемости сети)
§ Ускоренная коммутация (сокращает время поиска в таблицах)
§ Гибкая поддержка QoS, интегрированных сервисов и виртуальных частных сетей
§ Эффективное использование явного маршрута
§ Сохранение инвестиций в установленное ATM-оборудование
§ Разделение функциональности между ядром и граничной областью сети
§ Возможность организации информационных потоков в каналах связи. С помощью ме-ток каждому информационному потоку (например, несущему телефонный трафик) может назначаться требуемый класс обслуживания (CoS). Потоки с более высокимCoS получа-ют приоритет перед всеми другими потоками. Таким образом, с помощью MPLS обеспе-чивается качество обслуживания (QoS), присущее сетям SDH и ATM
§ Полное обособление друг от друга виртуальных корпоративных сетей за счет создания для каждой их них своеобразных туннелей
5. Заключение.
При прохождении преддипломной практики была проанализированы архитектура по-строения мультисервисной корпоративной сети, а также выбрана технология коммутации для развертывания всех необходимых сервисов для МКС - технология IP MPLS. Она яв-ляется наиболее гибкой при реализации поставленной задачи. Данная технология позво-ляет контролировать пути прохождения трафика через сеть, что позволяет добиться максимального использования маршрутизаторов и каналов связи. Обеспечивает требуемые параметры QoS для большинства известных протоколов передачи голосовой и видео информации, а также для управления потоком информации бизнес-приложений. Сфера применения MPLS постоянно расширяется, следовательно, данная технология наилучшим образом подходит для мультисервисных корпоративных сетей, требующих более гибкие параметры в качестве обслуживания трафика. Кроме того, MPLS позволяет ускорить передачу данных за счет замены маршрутизации на коммутацию.
6. Литература.
1. «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы», Олифер В. Г., Олифер Н. А., 3-е издание. – СПб.: Питер, 2006. – 958 с.: ил.
2. «Структура и реализация современной технологии MPLS», ВивекОлвейн, Пер. с англ. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2004. – 480 с. : ил. – Парал. тит. англ.
3. «Корпоративные сети связи», Т. И. Иванова, Изд. «Радио и Связь», Москва 2001 г.
4. «Качество обслуживания в сетях IP», Вегешна, Шринивас. : Пер. с англ. – М. : Изда-тельский дом «Вильямс», 2003. – 368 с. : ил. – Парал. тит. англ.
5. Документ «Построение виртуальных частных сетей (VPN) на базе технологии MPLS», М. Захватов, 2004 г., 52 стр.
6. «Методические указания по организации и проведению дипломного проектирования», к. т.н., доцент Медведев В. В., Москва, МГИЭМ 2008 г.