Кафедра «Вычислительные системы и сети»

Б.В. Желенков

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПОРНЫХ СЕТЕЙ ISP

Учебное пособие

 по дисциплине

«Сети ЭВМ и телекоммуникации»

 

МОСКВА - 2009

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Институт управления и информационных технологий

 

Кафедра «Вычислительные системы и сети»

 

 

Б.В. Желенков

 

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПОРНЫХ СЕТЕЙ ISP

 

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

 

для студентов IV специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», магистров направления «Информатика и вычислительная техника» и смежных специальностей

 

 

Москва - 2009

УДК 681.3

Ж 51

Желенков Б.В. Основы построения опорных сетей ISP: Учебное пособие. – М.: МИИТ, 2009.- 147 с.

 

 

В учебном пособии рассматриваются принципы построения опорных сетей ISP, а так же иерархический дизайн корпоративных сетей. Описывается функциональное назначение элементов архитектуры сетей, правила формирования адресного плана сети. Приводятся рекомендации по применению сетевого оборудования. Представлены особенности использования протоколов маршрутизации и правила их выбора. Рассматривается применение протоколов маршрутизации OSPF и BGP в рамках опорных сетей и сетей корпораций. Учебное пособие предназначено для студентов IV специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», магистров направления «Информатика и вычислительная техника» и смежных специальностей

 

Рецензенты:

 

Профессор кафедры «Проектирование ВК» РГТУ

им. Циолковского, к.т.н., В.В.Шилов.

 

Профессор кафедры «Управление и информатика в технических системах» МИИТ, д.т.н. В.Г.Сидоренко.

 

 

© Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), 2009

 

 

Св. план 2009 г., поз. 70

 

Желенков Борис Владимирович

 

Основы построения опорных сетей ISP

Учебное пособие

 

 

Подписано к печати		Формат 60 х 84 1/16
Тираж 100 экз		Заказ №
Усл.-п.л.

 

127994 Москва, ул. Образцова, д.9, стр. 9

Типография МИИТ

 

3

 

Содержание

1. Характеристики сетей ISP.	6
1.1. Назначение сетей ISP.	6
1.2. Регламентирование требований, предъявляемых к сети и задач, решаемых сетью.	9
1.3. Структура распределенной сети.	12
Иерархическая модель проектирования	14
Модульный подход в проектировании сети	22
Структура Cisco SONA	24
Модули архитектуры Cisco Enterprise	25
1.4. Структура опорной сети провайдера	31
Корпоративный сегмент	31
Сервисный сегмент	33
Коммутирующее ядро	33
Пользовательский сегмент	35
1.5. Технологии передачи данных в глобальных сетях	35
Обмен данными в глобальной сети	35
Типы соединений WAN	36
Технология TDM	37
Технология SDH	38
Технология DPT	41
Технология Frame Relay	44
Технология АТМ	44
Технология плотного волнового мультиплексирования (DWDM)	46
Технология MPLS	48
Технология GigabitEthernet	49
Технология ISDN	50
Технология DSL	52

4

Технология Long Reach Ethernet	55
1.6 Выбор оборудования	56
1.7. Выбор протокола маршрутизации	59
2. Применение протокола OSPF в опорных сетях	64
2.1. Введение в протокол OSPF	64
Особенности применения OSPF в сетях с множественным доступом	65
Таймеры протокола	67
Поддержка иерархической структуры сети	68
Аутентификация в протоколе OSPF	72
Перераспределение маршрутов между протоколами	73
2.2. Проектирование сети с маршрутизацией по протоколу OSPF	74
Балансировка загрузки каналов в OSPF	74
Иерархическая топология в сети OSPF	74
Проектирование опорной области OSPF на основе иерархической модели	76
Проектирование тупиковых областей на основе иерархической модели	76
Пример проектирования сети OSPF с иерархической структурой	78
2.3. Конфигурирование протокола OSPF	87
Активизация протокола OSPF	87
Пример конфигурирования протокола OSPF	94
3. Применение протокола BGP в опорных сетях	102
Протокол BGP	102
Проблемы внешней маршрутизации	102
3.1. Введение в протокол BGP
BGP-соседи	106
Атрибуты протокола BGP	107

5

Алгоритм работы протокола BGP	110
3.2. Внутренний и внешний BGP	115
Внутренний BGP - IBGP	115
Внешний BGP - External BGP	119
3.3. Проектирование сети с маршрутизацией по протоколу BGP	121
Иерархическая топология в сети BGP	121
Пример проектирования сети BGP с иерархической структурой	124
3.4. Конфигурирование протокола BGP	128
Активизация протокола BGP.	128
Пример конфигурирования протокола BGP	139
Литература

 

 

6

 

Характеристики сетей ISP.

Назначение сетей ISP.

Сети делятся на два основных типа – локальные сети (LAN) и глобальные или распределенные (WAN).

Сети Интернет сервис провайдеров -  internet service provider (ISP) – относятся к глобальным сетям. При этом, по используемым технологиям и решаемым задачам сети ISP совместимы с корпоративными сетями. Что позволяет рассматривать сети ISP с точки зрения построения корпоративных сетей. Так как ресурсы таких сетей распространяются на обширные географические территории, то такие сети называют распределенными.

В глобальной сети обмен информацией происходит между географически удаленными областями. Для обеспечения обмена информацией между двумя удаленными рабочими станциями используются каналы WAN.

Обмен информацией определенного типа в WAN называется службой или сервисом.

 

Идеальная сеть ISP должна поддерживать такие сервисы как:

• Передача голоса по IP (Voice over IP);
• Передача видео (видеоконференции).
• Передача данных
• Бизнес-приложения и сервисы.

 

Основными задачами сети ISP является:

 

• Предоставление услуг доступа к удаленным сервисам и информационным ресурсам частным лицам и компаниям;

 

 

7

 

• Создание единого информационного пространства для распределенных офисов компаний;
• Поддержка работы корпоративных приложений и сервисов.

 

Сеть ISP представляет сложную систему, состоящую из различных сред и технологий передачи данных. Для обеспечения работоспособности такой сети требуется множество протоколов.

Современные магистральные и пограничные коммутаторы могут поддерживать такие технологии глобальных сетей как ATM, Frame Relay, MPLS. Это позволяет объединять сети разного типа и сокращать затраты на предоставление услуг, используя небольшой набор телекоммуникационных устройств.

Современное сетевое оборудование позволяет реализовать технологию мультисервисных сетей IP нового поколения, которые  широко поддерживают разделение трафика по качеству обслуживания (Quality of Service - QoS). Это обеспечивает возможность внедрения новых услуг "голос по IP" и "видео по запросу". В результате, создается единая сетевая инфраструктура для передачи голоса, данных и видео на базе IP с использованием ATM/FR (frame relay), Internet, IP VPN и Ethernet.

Эффективность оборудования и расширение возможностей сред передачи данных постоянно повышается, но, при этом, проектирование распределенных сетей становится более трудным. Детальная разработка распределенной сети уменьшает проблемы, связанные с их ростом.

 

Требования к сети ISP:

 

· Мультисервисность – поддержка различных видов трафика (Передача данных, голоса, видео, служебной информации и протоколов.

· Конвергенция – минимизация времени на обновление маршрутной информации.

8

 

• Надежность передачи информации;
• Безопасность передачи;
• Масштабируемость сети и предоставляемых услуг;
• Управляемость корпоративной сети.
• Возможность использования новых услуг и приложений.

При разработке корпоративной сети или сети ISP надо решить следующие задачи:

· Регламентирование требований, предъявляемых к сети и задач, решаемых сетью.

· Структура сети и технология передачи данных.

· Выбор сетевого оборудования.

· Выбор протоколов маршрутизации.

· Разработка адресного плана.

 

При этом, целью проектирования является:

 

• Доступность приложений (Service level agreement - SLA): – если, какие либо приложения недоступны пользователям, то сеть не выполняет свою основную функцию – передачу данных.

• Снижение стоимости сети – оптимизация доступности приложений с точки зрения эффективного использования сетевых ресурсов.

 

 

9

1.2. Регламентирование требований, предъявляемых к сети и задач, решаемых сетью.

При разработке требований необходимо учитывать следующие факторы.

 

• Переменные окружения - проектируемый объем передачи данных через сеть и ориентировочную стоимость поддержки различных служб.

 

• Существующие ограничения производительности – обеспечение необходимого уровня надежности сети, ширина полосы пропускания.

 

• Сетевые переменные – топология сети, соотношение потока данных и пропускной способности линий.

 

Самой трудно прогнозируемой является характеристика потока данных. На рис. 1.1 представлены типы данных и характеристики их потоков.

Объем потоков данных определяет необходимую пропускную способность сети, а это определяет стоимость.

 

Сбор требований

Проектирование распределенной сети необходимо начать со сбора данных о наличии предприятий и их месторасположении, о местах концентрации пользователей.

Необходимо провести консультации с IT отделами предприятий для определения приложений, которыми они пользуются.

Отдельным пользователям необходима доступность их приложений в сети.

 

10

 

 

Рис. 1.1. Характеристики потоков данных.

 

Основными компонентами доступности приложений являются время отклика, пропускная способность и надежность.

 

• Время отклика (Allowed latency) — это время между вводом команды и получением ответа с сервера. Приложения, предназначенные для интерактивной работы, например, автоматизированные кассы и торговые автоматы, следует считать критичными к быстрому отклику.

 

• Пропускная способность (Bandwidth) – скорость передачи данных.

 

11

 

• Надежность (Reliable) – важна для организаций, которые должны быть в постоянной полной готовности и проводят все операции в реальном времени. Примером являются службы экстренной помощи, банковские службы. При этом, должны предусматриваться резервные варианты.

 

Анализ требований

После процедуры сбора требований проводится их анализ с целью окончательного определения следующих моментов:

 

· Какие новые приложения надо установить?

 

· Какие сети должны быть доступны?

 

· Насколько сеть доступна. Доступность увеличивается с помощью добавления ресурсов, но при этом увеличивается стоимость. При проектировании сети необходимо искать способы обеспечения большей доступности с меньшими затратами.

 

Анализ доступности

Цель анализа — определение среднего и максимального объема данных, которые передаются за единицу времени, на основных участках.

Определяется активность в течение обычного рабочего дня по следующим параметрам:

 

- тип передаваемых данных;

- объем передаваемых данных;

- время отклика серверов;

- время выполнения передачи файлов.

 

 

12