Структура глобальной IP-сети

Для предоставления качественных и разнообразных услуг большинство круп­ных глобальных сетей, особенно сетей коммерческих операторов связи, строится сегодня по четырехуровневой схеме (рис. 22.1).

Два нижних уровня — это уровни первичной сети. На самом нижнем уровне пер­вичной сети может работать наиболее скоростная на сегодняшний день техноло­гия DWDM, образующая спектральные каналы со скоростями 10 Гбит/с и выше. На следующем уровне, поверх DWDM, может применяться технология SDH (с сетью доступа PDH), с помощью которой пропускная способность спектраль­ных каналов делится на более мелкие TDM-подканалы, связывающие интерфей­сы коммутаторов пакетной сети (или телефонных коммутаторов).

На основе первичной сети оператор сети может достаточно быстро организовать постоянный цифровой канал между точками подключения оборудования сле­дующего уровня - наложенной сети — пакетной или телефонной.

Верхний уровень в приведенной на рисунке модели глобальной сети образован IP-сетью.

ПРИМЕЧАНИЕ ----------------------------------------------------------------------------------------------------

Оба уровня первичной сети выполняют функции физического уровня модели OSI, поэто­му не следует непосредственно сопоставлять уровни, показанные на рис. 22.1, с уровнями этой модели.

На рисунке показан наиболее масштабируемый на сегодня вариант построения первичной сети, включающий уровни DWDM и SDH. Такое построение сегодня характерно пока только для наиболее крупных территориальных сетей, по­крывающих страны и континенты. Во многих менее масштабных магистралях уровень DWDM отсутствует, технология SDH тоже применяется не всегда — вместо нее может работать менее скоростная и отказоустойчивая, но более эко­номичная технология PDH.

В более простом случае первичная сеть вообще отсутствует, и под слоем IP мо­жет располагаться сеть ATM или Frame Relay, коммутаторы которой соединяют­ся непосредственно кабельными или беспроводными линиями связи. Последнее решение, хотя и требует меньших начальных затрат, страдает от недостатка гиб­кости — чтобы подключить новое устройство, необходимо физически проклады­вать новую линию связи, в то время как наличие разветвленной первичной сети дает возможность установить новый канал в сети путем перепрограммирования матрицы коммутации мультиплексоров и кросс-коннекторов DWDM/SDH.

Основным назначением уровня ATM на модели, изображенной на рис. 22.1, явля­ется создание инфраструктуры постоянных виртуальных каналов с гарантиро­ванным качеством обслуживания, соединяющих интерфейсы IP-маршрутизаторов. Для каждого класса IP-трафика в сети ATM образуется отдельный виртуальный канал, обеспечивающий требуемые для трафика параметры QoS — среднюю ско­рость, величину пульсаций, уровень задержек, уровень потерь. Применение ATM под уровнем IP позволяет не только обеспечить для пользовательского трафика необходимое качество обслуживания, но и дает возможность оператору решить задачу инжиниринга трафика предоставив сбалансированную загрузку всех ли­ний связи первичной сети.

Уровень IP, освобожденный в представленной модели от проблем обеспечения параметров QoS, выполняет свои классические функции — образует составную сеть и предоставляет IP-услуги конечным пользователям, передающим по гло­бальной сети свой IP-трафик транзитом или взаимодействующим по IP с Интер­нетом.

Несмотря на сложность многослойной структуры, подобные сети получили большое распространение и для крупных операторов комплексных услуг явля­ются на сегодня фактическим стандартом глобальной сети, с помощью которой можно оказывать комплексные услуги — IP, ATM, классической телефонии, а также услуги по предоставлению цифровых каналов в аренду. Пользователи услуг, отличных от IP, взаимодействуют непосредственно с тем уровнем сети оператора, который им нужен, то есть с ATM, телефонной сетью, SDH или DWDM.

Однако долгое время IP-сети не имели такой сложной многослойной структуры. Классическая IP-сеть состояла из маршрутизаторов, непосредственно соединен­ных каналами связи. Эти сети не поддерживали QoS, так как трафик приложе­ний 80-х годов не был чувствительным к задержкам. После появления много­слойных глобальных IP-сетей возникла потребность различать эти два вида се­тей, поэтому для классических IP-сетей мы будем использовать термин «чистая» IP-сеть.

«Чистая* IP-сеть отличается от многослойной тем, что под уровнем ДР нет другой сети о коммутацией пакетов, такой как ATM или Frame Яе1зу,'и 1Р*маршрутизаторы связываются ме­жду собой^ыМяенн'ымы каналами (физическими или соединениями pdh/SDh/dwdm),

Структура «чистой» IP-сети представлена на рис. 22.2.

Рис. 22.2. Структура «чистой» IP-сети

В такой сети цифровые каналы по-прежнему образуются инфраструктурой двух нижних уровней, а этими каналами непосредственно пользуются интерфейсы IP-маршрутизаторов без какого-либо промежуточного уровня. В том случае, ко­гда IP-маршрутизатор использует каналы, образованные в сети SDH/SONET, вариант IP-сети получил название пакетной сети, работающей поверх SONET (Packet Over SONET, POS).

«Чистая» IP-сеть может успешно применяться для передачи чувствительного к задержкам трафика современных приложений в двух случаях:

□ если IP-сеть работает в режиме низкой нагрузки, поэтому сервисы всех типов не страдают от эффекта очередей, так что сеть не требует применения мето­дов поддержки параметров QoS;

□ если слой IP обеспечивает поддержку параметров QoS собственными средст­вами за счет применения механизмов IntServ или DiffServ.

Для того чтобы маршрутизаторы в модели «чистой» IP-сети могли использовать цифровые каналы, на этих каналах должен работать какой-либо протокол каналь­ного уровня. Существует несколько протоколов канального уровня, специально разработанных для двухточечных соединений глобальных сетей. В эти протоко­лы встроены процедуры, полезные при работе в глобальных сетях:

□ управление потоком данных;

□ взаимная аутентификация удаленных устройств, часто необходимая для за­щиты сети от «ложного» маршрутизатора, перехватывающего и перанаправ- ляющего трафик для его прослушивания;

□ согласование параметров обмена данными на канальном и сетевом уровнях — при удаленном взаимодействии, когда два устройства расположены в разных

городах, перед началом обмена часто необходимо автоматически согласовы­вать такие параметры, например, как MTU.

Из набора существующих двухточечных протоколов протокол IP сегодня ис­пользует два: HDLC и РРР. Существует также устаревший протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol — межсетевой протокол для последовательного ка­нала), который долгое время был основным протоколом удаленного доступа ин­дивидуальных клиентов к IP-сети через телефонную сеть. Однако сегодня он полностью вытеснен протоколом РРР.

Помимо уже упомянутых протоколов, в глобальных сетях на выделенных кана­лах IP-маршрутизаторы нередко используют какой-либо из высокоскоростных вариантов Ethernet: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet или 10G Ethernet. Все вари­анты Ethernet не поддерживают перечисденных выше процедур, полезных для глобальных сетей, но чашу весов в данном случае перевешивает популярность этой технологии в локальных сетях.