Структура мережі на базі технології wimax

Структура мережі WiMAX

Структура мережі ділитися на чотири рівні і має наступний вигляд (рис.3.1).

 

 

Рисунок 3.1 - Структура мережі

 

Організація абонентських сесій відбувається таким чином (рис. 3.2, рис.3.3).

Таким чином можуть бути організовані сесії не тільки мобільних абонентів, але і стаціонарних абонентів, абонентів ТСОП і абонентів корпоративних мереж(останні 2 здійснюються за допомогою MediaGateway).

 

Рисунок 3.2 - Організація сесії абонента з абонентом

Рисунок 3.3 - Організація сесії абонента для надання послуг мережі

У рівень користувачів входять абонентські термінали, точки доступу до мережі, корпоративні мережі і пристрою для перетворення сигналу з ТСОП в сигнал для передачі по оптоволоконних мережах(і навпаки), звані MediaGateway.

У рівень доступу входять устаткування WIMAX базових станцій.

Контроль доступу до мережі, аутентифікація, авторизація, облік використання ресурсів (з метою подальшої тарифікації) абонентів здійснюється на серверах широкосмугового доступу (Broadband Remote Access Server, BRAS). Весь функціонал, пов'язаний з управлінням IP QOS правилами маршрутизації, контролем доступності мережевих ресурсів, виділенням IP-адресов, виноситься на BRAS таким чином, що він виступає в ролі єдиної точки надання послуг.

 

 

Побудова опорної мережі

MPLS (Multiprotocol Label Switching)[9] - це технологія швидкої комутації пакетів в багатопротокольних мережах, заснована на використанні влучний. MPLS розробляється і позиціонується як спосіб побудови високошвидкісних IP-магистралей, проте область її застосування не обмежується протоколом IP, а розповсюджується на трафік будь-якого мережевого протоколу, що маршрутизується.

Традиційно головними вимогами, що пред'являються до технології магістральної мережі, були висока пропускна спроможність, мале значення затримки і хороша масштабованість. Потреби користувачів, що змінилися, включають і доступ до інтегрованих сервісів мережі, і організацію віртуальних приватних мереж (VPN), і ряд інших інтелектуальних послуг.

Для вирішення виникаючих завдань і розробляється архітектура MPLS, яка забезпечує побудову магістральних мереж, що мають практично необмежені можливості масштабування, підвищену швидкість обробки трафіку і хорошу гнучкість з погляду організації додаткових сервісів.

Крім того, технологія MPLS дозволяє інтегрувати мережі IP і АТМ, за рахунок чого постачальники послуг зможуть не тільки зберегти засоби, інвестовані в устаткування асинхронної передачі, але і отримати додаткову вигоду з сумісного використання цих протоколів.

За розвиток архітектури MPLS відповідає робоча група з однойменною назвою, що входить в секцію по маршрутизації консорціуму IETF. У діяльності групи беруть активну участь представники найбільших постачальників мережевих рішень і устаткування. У архітектурі MPLS зібрані найбільш вдалі елементи всіх згаданих розробок, і незабаром вона повинна перетворитися на стандарт Internet завдяки зусиллям IETF і компаній, зацікавлених в швидкому просуванні даної технології на ринок.

Приклад принципа комутації приведений на рисунку 3.4.

У основі MPLS лежить принцип обміну влучний.

Будь-який передаваний пакет асоціюється з тим або іншим класом мережевого рівня (Forwarding Equivalence Class, FEC), кожен з яких ідентифікується певною міткою. Значення влучні унікально лише для ділянки шляху між сусідніми вузлами мережі MPLS, які називаються також маршрутизаторами, що комутують по мітках (Label Switching Router, LSR). Мітка передається у складі будь-якого пакету, причому спосіб її прив'язки до пакету залежить від використовуваної технології канального рівня.

Маршрутизатор LSR отримує топологічну інформацію про мережу, беручи участь в роботі алгоритму маршрутизації - OSPF,BGP, IS-IS. Потім він починає взаємодіяти з сусідніми маршрутизаторами, розподіляючи мітки, які надалі застосовуватимуться для комутації.

Обмін мітками може проводитися за допомогою як спеціального протоколу розподілу влучний (Label Distribution Protocol, LDP), так і модифікованих версій інших протоколів сигналізації в мережі (наприклад, трохи видозмінених протоколів маршрутизації, резервування ресурсів RSVP і ін.).

 

Рисунок 3.4 - Схема комутації MPLS

 

Розподіл влучний між LSR приводить до встановлення усередині домена MPLS шляхів з комутацією по мітках (Label Switching Path, LSP). Кожен маршрутизатор LSR містить таблицю, яка ставить у відповідність парі “вхідний інтерфейс, вхідна мітка” трійку “префікс адреси одержувача, вихідний інтерфейс, вихідна мітка”. Отримуючи пакет, LSR по номеру інтерфейсу, на який прийшов пакет, і за значенням прив'язаною до пакету мітки визначає для нього вихідний інтерфейс(значення префікса застосовується лише для побудови таблиці і в самому процесі комутації не використовується). Старе значення мітки замінюється новим, таким, що містилося в полі “вихідна мітка” таблиці, і пакет відправляється до наступного пристрою на шляху LSP.

Вся операція вимагає лише одноразової ідентифікації значень полів в одному рядку таблиці. Це займає значно менше часу, чим порівняння IP-адреса відправника з найбільш довгим адресним префіксом в таблиці маршрутизації, яке використовується при традиційній маршрутизації.

Мережа MPLS ділиться на дві функціонально різні області -ядро і граничну область (рис.3.5). Ядро утворюють пристрої, мінімальною вимогою до яких є підтримка MPLS і участь в процесі маршрутизації графіка для того протоколу, який комутується за допомогою MPLS. Маршрутизатори ядра займаються тільки комутацією. Всі функції класифікації пакетів по різних FEC, а також реалізацію таких додаткових сервісів, як фільтрація, явна маршрутизація, вирівнювання навантаження і управління трафіком, беруть на себе граничні LSR. В результаті інтенсивні обчислення доводяться на граничну область, а високопродуктивна комутація виконується в ядрі, що дозволяє оптимізувати конфігурацію пристроїв MPLS залежно від їх місцеположення в мережі.

Таким чином, головна особливість MPLS - відділення процесу комутації пакету від аналізу IP-адрес в його заголовку.

Очевидним наслідком описаного підходу є той факт, що черговий сегмент LSP може не співпадати з черговим сегментом маршруту, який був би вибраний при традиційній маршрутизації. Оскільки на встановлення відповідності пакетів певним класам FEC можуть впливати не тільки IP-адреса, але і інші параметри, неважко реалізувати, наприклад, призначення різних LSP пакетам, що відносяться до різних потоків RSVP або мають різні пріоритети обслуговування. Звичайно, це вдається здійснити і в звичайних мережах, що маршрутизуються, але рішення на базі MPLS виявляється простішим і до того ж набагато краще масштабується.

Кожен з класів FEC обробляється окремо від останніх - не тільки тому, що для нього будується свій шлях LSP, але і в сенсі доступу до загальних ресурсів (смузі пропускання каналу і буферному простору). В результаті технологія MPLS дозволяє дуже ефективно підтримувати необхідну якість обслуговування, не порушуючи наданих користувачеві гарантій.

Застосування в LSR таких механізмів управління буферизацією і чергами, як WRED, WFQ або CBWFQ, дає можливість операторові мережі MPLS контролювати розподіл ресурсів і ізолювати трафік окремих користувачів.

Використання маршруту, що явно задається, в мережі MPLS вільно від недоліків стандартної IP-маршрутизації від джерела, оскільки вся інформація про маршрут міститься в мітці і пакету не потрібно нести адреси проміжних вузлів, що покращує управління розподілом навантаження в мережі.

Влучна - це короткий ідентифікатор фіксованої довжини, який визначає клас FEC. За значенням мітки пакету визначається його приналежність до певного класу на кожній з ділянок комутованого маршруту.

Як вже наголошувалося, мітка повинна бути унікальною лише в межах з'єднання між кожною парою логічно сусідніх LSR. Тому однієї і тієї ж її значення може використовуватися LSR для зв'язку з різними сусідніми маршрутизаторами, якщо тільки є можливість визначити, від якого з них прийшов пакет з даною міткою.

У з'єднаннях “точка-точка” допускається застосовувати один набір влучний на інтерфейс, а для середовищ з множинним доступом необхідний один набір влучний на модуль або весь пристрій. У реальних умовах загроза вичерпання простору міток дуже маловірогідна.

Перед включенням до складу пакету мітка певним чином кодується. У разі використання протоколу IP вона поміщається в спеціальний “тонкий” заголовок пакету, інкапсулюючого IP. У інших ситуаціях мітка записується в заголовок протоколу канального рівня або кодується у вигляді певного значення VPI/VCI (у мережі АТМ). Для пакетів протоколу IPV6 мітку можна розмістити в полі ідентифікатора потоку.

В рамках архітектури MPLS разом з пакетом дозволено передавати не одну мітку, а цілий їх стек. Операції додавання/вилучення мітки визначені як операції на стеку (push/pop). Результат комутації задає лише верхня мітка стека, нижние ж передаються прозоро до операції вилучення верхньої.

Такий підхід дозволяє створювати ієрархію потоків в мережі MPLS і організовувати тунельні передачі. Стек складається з довільного числа елементів, кожен з яких має довжину 32 бита: 20 біт складають власне мітку, 8 відводяться під лічильник часу життя пакету, один указує на нижню межу стека, а три не використовуються. Мітка може приймати будь-яке значення, окрім декількох зарезервованих. Комутований шлях (LSP) одного рівня складається з послідовного набору ділянок, комутація на яких відбувається за допомогою мітки даного рівня (рис.3.5). Наприклад, LSP нульового рівня проходить через пристрої LSR 0, LSR 1, LSR 3, LSR 4 і LSR 5. При цьому LSR 0 і LSR 5 є, відповідно, вхідним (ingress) і вихідним (egress) маршрутизаторами для шляху нульового рівня. LSR 1 і LSR 3 грають ту ж роль для LSP першого рівня; перший з них проводить операцію додавання влучні в стек, а другий – її вилучення. З погляду графіка нульового рівня, LSP першого рівня є прозорим тунелем. У будь-якому сегменті LSP можна виділити верхній і нижній LSR по відношенню до графіка. Наприклад, для сегменту “LSR 4 - LSR 5” четвертий маршрутизатор буде верхнім, а п'ятий - нижнім.

 

 

Рисунок 3.5 - Компоненти комутованого з'єднання

Під прив'язкою розуміють відповідність між певним класом FEC і значенням влучні для даного сегменту LSP. Прив'язку завжди здійснює “нижній” маршрутизатор LSR, тому і інформація про неї розповсюджується тільки в напрямі від нижнього LSR до верхнього. Разом з цими відомостями можуть вдаватися атрибути прив'язки.

Обмін інформацією про прив'язку влучний і атрибутах здійснюється між сусідніми LSR за допомогою протоколу розподілу влучний. Архітектура MPLS не залежить від конкретного протоколу, тому в мережі можуть застосовуватися різні протоколи мережевої сигналізації. Дуже перспективно в даному відношенні - використання RSVP для поєднання резервування ресурсів і організації LSP для різних потоків.

Існують два режими розподілу влучний: незалежний і впорядкований. Перший передбачає можливість повідомлення верхнього вузла про прив'язку до того, як конкретний LSR отримає інформацію про прив'язку для даного класу від свого нижнього сусіда. Другий режим дозволяє висилати подібне повідомлення тільки після отримання таких відомостей від нижнього LSR, за винятком випадку, коли маршрутизатор LSR є вихідним для цього FEC.

Розповсюдження інформації про прив'язку може бути ініційоване запитом від верхнього пристрою LSR (downstream on-demand) або здійснюватися спонтанно (unsolicited downstream).

Спочатку за допомогою багатоадресної розсилки повідомлень UDP комутуючі маршрутизатори визначають своє “сусідство” (adjacency). Окрім близькості на канальному рівні, LSR можуть встановлювати зв'язок “логічно сусідніми” LSR, що не належать до одного каналу. Це необхідно для реалізації тунельної передачі. Після того, як сусідство встановлене, LSR визначає маршрут, по якому повинне бути встановлене з'єднання і починає процедуру установки. Від вузла до вузла передаються запити на прив'язку і власне прив'язки з'єднань MPLS. Після того, як з'єднання було успішно встановлене, джерело періодично відправляє повідомлення keepalive, інформуючи все транзитні LSR про те що з'єднання ще не розірване.

В даний час існують два основні способи створення магістральних IP-сетей: за допомогою IP-маршрутизаторов, сполучених каналами “крапка-крапка”, або на базі транспортної мережі АТМ, поверх якої працюють IP-маршрутизаторы. Застосування MPLS виявляється вигідним в обох випадках. У магістральній мережі АТМ воно дає можливість одночасно надавати клієнтам як стандартні сервіси АТМ, так і широкий спектр послуг IP-мереж разом з додатковими послугами. Такий підхід істотно розширює пакет послуг провайдера, помітно підвищуючи його конкурентоспроможність. IP і АТМ, сполучених за допомогою MPLS, сприяє ще більшому розповсюдженню цих технологій і створює основу для побудови великомасштабних мереж з інтеграцією сервісів.

Технологія MPLS дуже близька до того, щоб стати стандартом. І хоча робота в даному напрямі ще не завершена, багато крупних компаній вже зараз пропонують рішення на базі MPLS, а постачальники послуг ніби AT&T, Hongkong Telecom, vBNS і Swisscom оголосили про початок експлуатації мереж MPLS.