Дипломная работа: Проектирование сети Metro Ethernet в городе Павлодаре

Узел спецслужб - УСС, расположен на АТСЭ-32/30.

Кроме того организована спецслужба с трехзначной нумерацией:

-     служба спасения (051);

-     телефон доверия прокуратуры (019);

-     такси (085,088,050,053);

-     центральное бюро ремонта (168);

-     служба поддержки потребителей (160).

Есть также четырехзначный номер 8 168 платная справочная служба, где можно узнать курсы валют, погоду, телефоны и т.д.

Между РАТС и УСС, АМТС/АТСЭ-32/30 – УСС используются цифровые каналы систем передачи, организованные по принципу «последняя миля.

Выход абонентов на зоновую, междугородную и международную сети осуществляется через АМТС, расположенную на АТСЭ-32/30. Выход на оператора междугородной связи предусмотрен по заказно-соединительным линиям набором четырехзначного номера 8 АВС ххххххх.

1.6    Постановка задачи

1.6.1   Цель проекта

Цель проекта резкое улучшение качества и номенклатуры (xDSL соединения точка-точка, помимо доступа в Интернет, сервера с различным контентом и высокой скоростью доступа) услуг передачи данных, увеличение количества подключённых xDSL абонентов, следственно трафика и доходов. Увеличение узлов сети передачи данных, что приведёт к уменьшению расстояния до клиента, а следовательно и качества сети и количества клиентов. После выхода на проектные показатели мы рассчитываем привлечь дополнительно около 30% соответствующего рынка и получать около 5 миллионов тенге доходов в месяц.

1.6.2    Задачи проекта

В данный момент ATM DSLAM ДКП установлены на АТС 32 (60 портов ADSL), 54 (30 портов ADSL) и 47,53,55 (16 портов ADSL).

Рисунок 1.2 PPP over ATM. Стек протоколов

Рисунок 1.3 Стек протоколов в Metro сети по рекомендации RFC 1483

Дальнейшее развитие сети передачи данных использующее АТМ транспортную среду является экономически не выгодно. Т.к. на сегодня появились более дешёвые новые технологии, предоставляющие xDSL доступ к сети Internet («MetroEthernet», PDH и др.)

Самой передовой технологией для построения операторских сетей является Multiprotocol Label Switching (MPLS), как наиболее эффективная архитектура для передачи IP трафика. Для продвижения данных по сети MPLS использует технику, известную как коммутация пакетов по меткам. На входе в MPLS домен пакеты получают метки, которые определяют маршруты их следования, а на выходе – удаляются. В ядре сети поддерживается только коммутация по меткам, что обеспечивает решение основной задачи – быстрой передачи пакетов. Кроме того, MPLS поддерживает и другие дополнительные сервисы: Traffic Engineering (TE), QoS, VPN, EoMPLS и AToM. Их подробное рассмотрение выходит за рамки текущего обзора. Оборудование, поддерживающее MPLS, на данном этапе построения Metro Ethernet сети не используется т.к., построение сети MPLS на сегодняшний момент требует очень больших капитальных вложений:

-     замена существующего медного кабеля на оптический кабель до клиента;

-     приобретение более дорогостоящего оборудование OLT, ONU и т.д.

Востребованность сервисов передачи данных в современных условиях подъёма экономики, платёжеспособности населения не вызывает сомнений. В условиях города Павлодара существует неудовлетворённый спрос со стороны юридических и физических лиц на доступ в Интернет в первую очередь, и на передачу данных точка-точка (подключение территориально удаленных офисов).

Рисунок 1.4 xDSL-технологии и используемые ими частоты

Технология ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) используется для предоставления таких услуг, которые требуют асимметричной передачи данных, например, видео по запросу, когда требуется передавать большой поток данных в сторону пользователя, а в сторону сети от пользователя передается гораздо меньший объем данных.

Технология ADSL использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (также называемых несущими). Это позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. При использовании ADSL разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных. Этот процесс называется частотное уплотнение линии связи (Frequency Division Multiplexing — FDM). При FDM один диапазон выделяется для передачи «восходящего» потока данных, а другой диапазон для «нисходящего» потока данных. Диапазон «нисходящего» потока в свою очередь делится на один или несколько высокоскоростных каналов и один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Диапазон «восходящего» потока также делится на один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Кроме этого может применяться технология эхокомпенсации (Echo Cancellation), при использовании которой диапазоны «восходящего» и «нисходящего» потоков перекрываются и разделяются средствами местной эхокомпенсации.

Факторами, влияющими на скорость передачи данных, являются состояние абонентской линии (т.е. диаметр проводов, наличие кабельных отводов и т.п.) и ее протяженность. Затухание сигнала в линии увеличивается при увеличении длины линии и возрастании частоты сигнала, и уменьшается с увеличением диаметра провода. Фактически функциональным пределом для ADSL является абонентская линия длиной 3,5 — 5,5 км при толщине проводов 0,5 мм. ADSL обеспечивает скорость «нисходящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с.

Технология ADSL позволяет полностью использовать ресурсы линии. При обычной телефонной связи используется около одной сотой пропускной способности телефонной линии. Технология ADSL устраняет этот «недостаток» и использует оставшиеся 99 процентов для высокоскоростной передачи данных. При этом для различных функций используются различные полосы частот. Для телефонной (голосовой) связи используется область самых низких частот всей полосы пропускания линии (приблизительно до 4 кГц), а вся остальная полоса используется для высокоскоростной передачи данных.

ADSL позволяет одновременно передавать данные и говорить по телефону. ADSL возможно использовать в тех областях, в которых в режиме реального времени необходимо передавать качественный видеосигнал. К ним относится организация видеоконференций, обучение на расстоянии и видео по запросу. Технология ADSL позволяет провайдерам предоставлять своим пользователям услуги, скорость передачи данных которых более чем в 100 раз превышает скорость самого быстрого на данный момент аналогового модема (56 Кбит/с) и более чем в 70 раз превышает скорость передачи данных в ISDN (128 Кбит/с).

Технология SHDSL (стандарт G.991.2) обеспечивает симметричную дуплексную передачу информации на скоростях от 192 Kб/с до 2,32 Мб/с по обычной двухпроводной медной линии связи. Работа по двум парам в симметричном режиме со скоростью от 384 Кб/c до 4.6 Mб/c.

Для организации доступа по SHDSL технологии необходимо выделение прямого провода (физической двухпроводной линии). SHDSL не позволяет сохранить телефонный канал, новая Voice-over-DSL техника может быть использована для передачи оцифрованного голоса. Скорость доступа при подключении по SHDSL определяется техническими характеристиками, протяжённостью конкретной линии связи, соединяющей пользователя и провайдера, и конкретной маркой SHDSL модема.

В основу G.shdsl были положены основные идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Была поставлена задача, используя способы линейного кодирования и технологию модуляции HDSL2, снизить взаимное влияние на соседние линии ADSL при скоростях передачи выше 784 Кбит/с. Поскольку новая система использует более эффективный линейный код по сравнению с 2B1Q, то при любой скорости сигнал G.shdsl занимает более узкую полосу частот, чем соответствующий той же скорости сигнал 2B1Q. Поэтому помехи от систем G.shdsl на другие системы xDSL имеют меньшую мощность по сравнению с помехами, создаваемыми HDSL типа 2B1Q. Спектральная плотность сигнала G.shdsl имеет такую форму, которая обеспечивает его почти идеальную спектральную совместимость с сигналами ADSL.

Рисунок 1.5 Зависимость скорости передачи данных от расстояния для SHDSL

Рисунок 1.6 Зависимость скорости передачи данных от расстояния для хDSL

Технология SHDSL позволяет максимально эффективно решать задачи, требующие передачи одинаковых по объему потоков в обе стороны:

-     соединение удаленных точек ЛВС-ЛВС;

-     подключение учрежденческих АТС к сети общего пользования;

-     подключение к сетям Интернет, IP/Frame Relay/ATM;

-     удаленный доступ к сети предприятия.

Наиболее востребованными решениями в корпоративном секторе являются:

-     подключение офиса к сети Интернет;

-     передача данных с выходом в сеть Интернет с возможностью одновременной;

-     организации до четырех аналоговых телефонных каналов;

-     передача данных с выходом в сеть Интернет в потоке E1, цифровая телефония (от 1 до 30 телефонных линий).

В тоже время наблюдается активность сторонних провайдеров и промедление с осуществлением предлагаемого проекта (построению мультисервисной сети городского масштаба MetroEthernet) может привести к потери большей части рынка ПД. Реализация проекта принесёт следующие преимущества:

-     создание высокоскоростной городской магистрали передачи данных Gigabit Ethernet с пропускной способностью 1-10 Гбит/с;

-     приближение высокоскоростных технологий последней мили (xDSL) к абонентам;

-     использовать существующую инфраструктуру АО «Казахтелеком»;

-     охват зоной досягаемости xDSL большей части города;

-     значительная экономия средств по сравнению с альтернативными решениями;

-     быстрота внедрения;

-     возможность разбиения проекта на этапы;

-     наличие клиентской базы с высоким потенциалом;

-     быстрая окупаемость;

-     при этом есть возможность предусмотреть эффективное сопряжение сети с МСПД, использующей технологию IP/MPLS.

Основная цель заключается в организации на существующих в городе Павлодаре ВОЛС кольце, магистралей GIGABIT ETHERNET. На узлах магистрали размещаются платформы широкополосного доступа xDSL. Магистраль использует пару волокон в ВОЛС кольце и ETHERNET коммутаторы CISCO CATALYST ME-C3750-24TE-M в качестве устройств доступа к оптике. Коммутаторы размещаются в точках разрыва ВОЛС – на каждой узловой станции – а именно на АТС32,45,46/54,47,53,55 и RLSM 500/502, 505/507, 515/517, 526/528, 575, у оптических кроссов. В тех же шкафах устанавливается 4 местное шасси DSLAM CoreCess6804SPC оснащённые 24-портовыми линейными картами ADSL и G.SHDSL и сплиттеры. Таким образом платформы доступа объединены в три кольцевых сегмента. В узлах сегментов (АТС32, 54/46, 45/570) используются метро коммутаторы CATALYST ME C3750-24TE-M, причём на АТС32 их пара составляет резервированный стек. Остальные платформы строятся на базе таких же но одиночных коммутаторов с станционным питанием. В качестве терминирующего маршрутизатора используется CISCO7206VXR\NPE-G1. В состав оборудования входят управляющие программно аппаратные комплексы CISCO SECURE ACS, SESM и SSG, WORKS включающие компьютеры PC и SUN.

Проект ставит следующие задачи:

-  создание универсальной транспортной среды путём установки платформ широкополосного доступа на узлах сети;

Рисунок 1.7. Планируемая универсальная транспортная среда

-  объединение платформ в единую сеть на основе ВОЛС;

Рисунок 1.8 Планируемая организации сети в Павлодаре

-     организация терминации трафика, управления, мониторинга и биллинга;

-     организация виртуальных подсетей VLAN (802.1Q).

Рисунок 1.9 Организация виртуальных подсетей VLAN

Клиент имеет 3 офиса: офис 1 подключен к S5624P узла АТС A; офис 2 подключен к S5624P узла АТС B; офис 3 подключен к MA5303 узла АТС C.

Для организации услуги оператором выделяется VLAN 150

-     организация шлюза в сеть ДКП;

Рисунок 1.10 Организация шлюза в сеть ДКП

Клиент имеет 4 офиса: офис 1 подключен к S5624 узла АТС A; офис 2 подключен к S5624P узла АТС B; офис 3 подключен к MA5303 узла АТС C; офис 4 расположен в другом городе. Офис 1,2,3 объединены между собой внутригородским VLAN 155.

Согласован VLAN ID 157 для доступа офиса 3 в Интернет. Согласован VLAN ID 156 - для объединения локальных сетей офиса 2 и 4 между городами.

В дипломном проекте были рассмотрены вопросы эксплуатации MetroEthernet сети в соответствии современным требованиям к сетям телекоммуникации. На основе технического задания заданной структуры и технического состояния сети была дана характеристика существующей сети и проведен анализ её недостатков на данном этапе. Рассмотрены возможные перспективы развития данной сети с учётом общих тенденций развития сетей телекоммуникаций Республики Казахстан.

В проекте проведено обоснования необходимости эксплуатации заданной сети, определены этапы эксплуатации сети, которые должны в будущем привести полной. Рассмотреть в дальнейшем в технической части проекта:

-     выбрать оборудование (коммутаторы, DSLAM);

-     увеличение ёмкости, расчет возникающей нагрузки и расчет нагрузки по направлениям;

-     расчет объема оборудования;

-     комплектация и размещение оборудования;

-     произвести расчет пропускной способности магистральной сетей;

-     оценить надежность коммутаторов и магистральной сети;

-     рассмотреть сигнализацию и диаграмму обмена информации;

-     рассмотреть вопросы БЖД;

-     экономическое обоснование.

2 Общие сведения о проектируемой сети

На мировом рынке несколько компаний производят оборудование и предлагают свои услуги по построению и техподдержке сети MetroEhternet (рисунок 2.1). Это такие компании как:

-     CISCO;

-     HUAWEI;

-     RIVERSTONE;

-     ALCATEL;

-     ZTE;

-     другие.

Из всех предложенных бизнес – планов наиболее приемлемым оказался бизнес – план компании «Huawei Technologies Co., Ltd.» (Китай). Условия, предложенные компанией состояли в следуюшем:

-     предоставление технического проекта по построению сети MetroEhternet;

-     приемлемые условия цены – качество;

-     обучение специалистов в учебном центре компании;

-     наличие официального дилера (компания «NVision Group» - в России, ТОО «Инвест Лизинг LTD» - в Казахстане);

Рисунок 2.1 Диаграмма спроса продукции на рынке телекоммуникаций

2.1 Техническое описание сети

Проектируемая сеть передачи данных г.Павлодара предназначена для организации транспортной инфраструктуры в пределах г.Павлодара и включает в свой состав следующие узлы (таблица – 2.1)

Городские сети функционально разделяются на уровни доступа: опорная сеть (магистраль), уровень распределения/агрегации, уровень доступа (клиентский доступ) (рисунок 2.2).

Для обеспечения повышенной надежности и резервирования применяется топологическая модель кольца. Кольца создаются на уровнях опорной сети и доступа.

Рисунок 2.2 Функциональная схема транспортной сети

Таблица 2.1 Список узлов сети MetroEhternet

Сеть строится путем последовательного соединения узлов, образуя соединение типа ring (кольцо). Функциональная схема сети представлена на рисунке 2.3. Пропускная способность кольца 1 Гб/c. Узлы соединяются между собой волоконно-оптическими линиями связи, на основе которых формируются магистральные каналы связи Gigabit Ethernet пропускной способностью 1 Гбит/c. В отдельных случаях магистральные каналы связи организуются через потоки E1 сети SDH.

Оборудование узлов сети будет обеспечивать как возможность подключения клиентов по интерфейсу Fast/Gigabit Ethernet непосредственно к коммутатору, так и ADSL и/или SHDSL подключения через DSLAM. Проектируемая сеть строится на оборудовании «Huawei Technologies». Используемые технологии основаны на открытых стандартах, позволяющих расширять и дополнять существующую архитектуру.

Технология Ethernet в своем развитии перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости.

Для обеспечения Ethernet-подключения новых зданий к городским сетям (MAN) провайдеры сетевых услуг обычно используют «темное» оптоволокно. Основным преимуществом такого доступа является высокая скорость и большие расстояния – до 100 км без промежуточного усиления и регенерации при потенциально неограниченной пропускной способности. Гигабитный Ethernet (1 и 10 Гбит/с) стал привлекательным с точки зрения цена/производительность и удачным выбором для магистральных приложений не только в выделенных корпоративных сетях, но и для построения операторских сетей Metro Ethernet.

Широкий спектр дешевых решений для оптического транспорта – одномодовые и многомодовые конвертеры и модули позволяют внедрять Ethernet на магистралях.

Рисунок 2.3 Функциональная схема сети

2.2 Транспортные технологии уровня доступа

Существует широкий спектр решений для обеспечения абонентского доступа («первая/последняя миля»): Ethernet (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet), LRE, xDSL (HDSL, ADSL, VDSL, SDSL), PNA (Phone line Networking Alliance), Wireless (802.11), Infrared, PON (Passive Optical Network), EFM (Ethernet in the First Mile alliance 802.3ah), Satellite (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 Решения для обеспечения абонентского доступа

2.3 Базовые контрольно-управлюящие технологии

VLAN.

Концепция виртуальных локальных сетей (VLAN) позволила в значительной мере снизить риск перегрузки Ethernet-коммутаторов, обусловленный резким возрастанием интенсивности широковещательного трафика. Включение в формат MAC-заголовка дополнительного 16-разрядного тэга 802.1Q сделало возможным разбиение сети на несколько широковещательных Ethernet-доменов второго уровня (виртуальных ЛС) и тем самым ограничило маршруты распространения трафика. Применение пакетов с тэгами открыло путь к формированию так называемых транковых портов: один такой Ethernet-порт способен передавать пакеты, относящиеся к нескольким виртуальным ЛС.

Технология VLAN предоставляет возможность сегментировать общую инфраструктуру Ethernet сети. VLAN обладает всеми атрибутами LAN, но при этом позволяет группировать оборудование даже если оно физически не находится в одном и том же LAN сегменте. Любой порт коммутатора может принадлежать VLAN и все виды пакетов (unicast, multicast, broadcast) будут передаваться устройствам, подключенным только к данному VLAN. Взаимодействие оборудования, расположенного в разных VLAN возможно только с использованием маршрутизаторов при соответствующей конфигурации. Использование данной технологии в сети оператора связи на уровне доступа и агрегации позволяет разделить трафик различных пользователей, использующих общую инфраструктуру оператора, тем самым обеспечив безопасность и целостность данных пользователя. Схема использования технологии VLAN представлена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 Технология 802.Q в сети оператора

При использовании указанной технологии на порт пограничного коммутатора оператора приходит Ethernet фреймы с данными пользователя на котором производится тегирование потока меткой с уникальным номером VLAN ID. Далее уже тегированный трафик передается по сети оператора. Так как VLAN ID является уникальным для сети оператора, то на всем протяжении сети поток клиента будет отделен от потоков других пользователей и поступит на только те выходные порты коммутаторов, которые настроены на этот VLAN. На исходящем порту снимается метка VLAN и в сторону пользователя уходит Ethernet фрейм.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10