Проектирование мультисервисной сети связи в микрорайоне "Зареченский" г. Орла

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. Анализ существующий инфраструктуры микрорайона “Зареченский” г. Орла

1.1 Экспликация объекта

2. Анализ вариантов построения сети связи, выбор сетевой технологии

2.1 Выбор технологии сети

2.2 Выбор технологии абонентского доступа

3. Расчет нагрузок мультисервисной сети связи

3.1 Расчет трафика генерируемого абонентами сети

4. Выбор оборудования

4.1 Общие подходы к выбору оборудования

4.2 Уровень ядра

4.3 Уровень агрегации

4.4 Уровень доступа

4.5 Серверное оборудование

5. Составление схемы организации связи

5.1 Рекомендации по установки оборудования в здании

6. Выбор типа линейно-кабельных сооружений

6.1 Линия связи на уровне ядра и уровне агрегации

6.2 Линия связи на уровне доступа

7. Составление плана прокладки кабеля

7.1 Рекомендации по прокладки линии связи

7.2 Прокладка полиэтиленовой трубы в канале кабельной канализации

7.3 Заготовка полиэтиленовой трубы, проложенной в канале кабельной канализации

8. Технико-экономическое обоснование проекта

8.1 Схема затрат

8.2 Расчет эксплуатационных расходов

8.3 Расчет предполагаемой прибыли

8.4 Определение оценочных показателей проекта

9. Меры по охране окружающие среды, обеспечению безопасности жизнедеятельности и охране труда

9.1 Организация работы по охране труда

9.2 Экологическая безопасность проекта

9.3 Организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ACF (Active Content Filtering) - Активная фильтрация контента

АCL (Access Control List) - Список контроля доступа

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Асимметричная цифровая абонентская линия

АР (Access point) - Точка доступа

ARQ (Automatic Request for Repeat or Retransmission) - Автоматический запрос повторной передачи

ARJ (Archive Robert Jung) - Файловый архиватор

АТМ (Asynchronous Transfer Mode) - Асинхронный способ передачи данных

CA (Call Agent) - Устройство управления шлюзом

CAS (Conditioanal Access System) - Система условного доступа

СRС (Cyclic Redundancy Code) - Циклический избыточный код

СSМА/СD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) - Протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов

DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) - Динамическое распределение полосы

DНСР (Dynamic Host Configuration Protocol) - Протокол динамической конфигурации узла

DNS (Domain Name System) -- Система доменных имён

DSL (Digital Subscriber Line) - Цифровая абонентская линия

DSLАМ (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) - Мультиплексор доступа цифровой абонентской линии

DSS (Digital Subscriber Signaling System) - Система цифровой абонентской сигнализации

DVB (Digital Video Broadcasting) - Семейство европейских стандартов цифрового телевидения

ETSI (European Therapy Studies Institute) - Европейский Институт по Стандартизации в области Телекоммуникаций

FDD (Frequency Division Duplex) - Дуплексная связь с частотным разделением

FTP (File Transfer Protocol) -- Протокол передачи файлов

FTTx (Fiber to the х) -- «Волокно до …»

GFP (Generic Framing Protocol) - Общий протокол кадров

HDD (Hard Disk Drive) - Компьютерное запоминающее устройство

HDTV (High Definition TV) - телевидения высокой четкости

IЕЕЕ (Institute of Electrical and Electronics Engineers) - Институт инженеров по электротехнике и электронике

IЕТF (Internet Engineering Task Force) - Открытое международное

сообщество проектировщиков, учёных, сетевых операторов и провайдеров

IР (Internet Protocol) - Интернет-протокол

IР ТV (Internet Protocol Television) - Цифровое интерактивное телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP

IРХ (Internetwork Packet Protocol) - Протокол сетевого уровня модели OSI

ISDN (Integrated Services Digital Network) - Цифровая сеть с интеграцией

служб

ISM (Industrial, Scientific and Medical bands) - Промышленное, научное и медицинское оборудование

ITU-T (International Telecommunication Union) - Международный союз электросвязи

LAN (Local Area Network) - Локальная вычислительная сеть

LLC (Logical Link Control) - Подуровень управления логической связью

MAC (Media Access Control) - Подуровень управления доступом к носителю

MAN (Metropolitan Area Network) - Городская сеть

МС (Multipoint Controller) - Контроллер многоточечных соединений

MCU (Multipoint Control Unit) - Устройство для реализации многоточечной видеоконференции

MG (Media Gateway) - Транспортный шлюз

MGCP (Media Gateway Control Protocol) - Протокол управления шлюзами

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System) - Многоканальные многоточечные распределительные системы

MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) - Рабочая группа комитета IETF по управлению многоточечными сеансами мультимедиа-связи

MP (Multipoint Processor) - Процессор для обработки информации пользователей при многоточечных соединениях

MPEG (Moving Picture Experts Group) - Группа стандартов цифрового кодирования видео и аудио сигналов

MPLS (Multiprotocol Label Switching) - Мультипротокольная коммутация по меткам

MSAN (Multiservice Access Nodes) - Мультисервисный узел абонентского доступа

NIC (Network Interface Card) - Беспроводная сетевая интерфейсная карта

NGN (Next General Network) - Сети связи следующего поколения

OLT (Optical Line Terminal) - Оптический линейный терминал

ONT (Optical Network Terminal) - Оптический сетевой терминал

ONU (Optical Network Unit) - Терминал оптической сети

OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) - Эталонная модель взаимодействия открытых систем

PCF (Point Coordination Function) - Точечная координационная функция

PON (Passive Optical Network) - Технология пассивных оптических сетей

PVR (Personal Video Recorder) - Услуга персонального сетевого видеомагнитофона

QoS (Quality of Service) - Качество обслуживания

RAID (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks) - Избыточный массив независимых/недорогих дисков

RAS (Remote Access Service) - Служба удаленного доступа

RSP (Route/Switch Processor) - Процессор маршрутизации и коммутации

RTP (Real-Time Protocol) - Протокол реального времени

SC (Single Carrier) - Технология передачи на одной несущей

SCTP (Stream Control Transmission Protocol) - Протокол передачи с управлением потоком

SDP (Session Description Protocol) - Протокол установления сессии

SDSL (Single Line Digital Subscriber Line) -- Однолинейная цифровая абонентская линия

SG (Signaling Gateway) - Шлюз сигнализации

SHDSL (Simmetric High Speed Digital Subscriber Line) - Симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия

SHLR (Server Home Location Register) - Cервер баз данных

SIP (Session Initiation Protocol) - Протокол инициирования сеансов

SMG (Survival Media Gateway) - Отказоустойчивый медиашлюз

STB (Set-Top-Box) - Телевизионная приставка

STP (Signaling Transit Point) - Транзитный пункт системы сигнализации

ТС-РАМ (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation) - Стандарт 16-уровневого линейного кодирования (усовершенствованный способ модуляции данных)

TCP (Transmission Control Protocol) - Протокол контроля передачи данных

TDD (Time Division Duplex) - Дуплексная связь с временным разделением

TDMA (Time Division Multiple Access) - Множественный доступ с временным разделением

UDP (User Datagram Protocol) - Протокол передачи дейтаграмм пользователя

VIP (Versatile Interface Processor) - Многоцелевой интерфейсный процессор

VoD (Video on Demand) - Видео по запросу

VoIP (Voice over IP) - телефонный трафик поверх IP

VPN (Virtual Private Network) - Виртуальная частная сеть

WAN (Wide-Area Networks) - Глобальная сеть

WDM/DWDM (Wavelength-Division Multiplexing/Dense Wavelength-Division Multiplexing) - Технология спектрального уплотнения каналов

WEP (Wired Equivalent Privacy) - Алгоритм обеспечения безопасности

беспроводной сети

Wi-Fi (Wireless Fidelity) - Беспроводная технология передачи данных

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - Технология беспроводной связи на больших расстояниях

ВДТ (Видеодисплейные терминалы) - Устройства отображения информации всех типов

ВОК - Волоконно-оптический кабель

ВОЛС - Волоконно-оптическая линия связи

ВСК - Выделенный сигнальный канал

ГТС - Городская телефонная связь

ИС - Интеллектуальная сеть

КЛП - Кабельная линия передачи

КТВ - Кабельное телевидение

ЛС - Линия связи

МАК - Мультисервисный абонентский коммутатор

МСС - Мультисервисная сеть связи

ОВ - Оптическое волокно

ОК - Оптический кабель

ОКС - Общеканальная система сигнализации

ОТ - Требования охраны труда

ОУ - Оптический узел

ПП - Полоса пропускания

ПЭВМ - Персональная электронно-вычислительная машина

РФ (Радиофикация) - Линия проводного вещания

СНиП - Санитарные нормы и правила

СПД - Сеть передачи данных

ССОП - Сеть связи общего пользования

СТС - Сельская телефонная связь

УАТС - Узловая автоматическая телефонная станция

ЦФО - Центральный Федеральный округ

ЧНН - Час наибольшей нагрузки



ВВЕДЕНИЕ

Телекоммуникации и связь являются неотъемлемой частью производственной и социальной инфраструктуры экономики России. Важными моментами развития современных сетей связи становятся процессы конвергенции и интеграции компьютерных сетей связи и традиционных сетей, появления мультисервисных систем.

Мультисервисная сеть - это инфраструктура, использующая единый канал для передачи данных разного типа трафика. Мультисервисная сеть позволяет уменьшить разнообразие типов оборудования, применять единые стандарты и единую кабельную систему, централизованно управлять коммуникационной средой для предоставления наиболее полного спектра услуг. Это позволяет сократить расходы на организацию отдельных сетей.

Основная задача мультисервисных сетей - это сосуществования и взаимодействия разнородных коммуникационных подсистем в единой транспортной среде, когда для передачи обычного трафика (данных) и трафика реального времени (голоса и видео) используется единая инфраструктура.

При создании мультисервисных сетей достигается:

· Сокращение расходов на каналы связи;

· Сокращение расходов на администрирование и поддержание работоспособности сети, уменьшение совокупной стоимости владения;

· Возможность проведения единой административно-технической политики в области информационного обмена;

Актуальность дипломного проекта обусловлена быстрыми темпами развития и ростом популярности МСС. В связи с ростом потребностей в получении новых видов мультисервисных услуг, таких как VoIP, IPTV и др., представляется целесообразным при организации сети связи в микрорайоне “Зареченский” г. Орёл использовать технологию Fast Ethernet, которая позволяет достигать требуемых показателей работы как по скорости, так и по качеству при малых экономических затратах на ее создание.

В данном проекте представлены конфигурация МСС, тип используемого оборудования, а так же количество и тип абонентов, подключаемых к МСС и виды предоставляемых услуг. Рассчитаны капитальные вложения для осуществления данного проекта. Представлены схемы организации связи проектируемой МСС и прокладки волоконно-оптической линии связи (ВОЛС).

Целью дипломного проекта является предоставление широкополосного абонентского доступа населению микрорайона «Зареченский» г. Орла, уменьшение эксплуатационных затрат и создание дополнительных источников доходов оператора связи за счет предоставления современных инфокоммуникационных услуг.

Для достижения поставленной цели в дипломном проекте решены следующие задачи:

- Анализ инфраструктуры объекта.

- Анализ вариантов построения сети связи, выбор сетевой технологии.

- Расчет параметров трафика мультисервисной сети.

- Расчет объема оборудования.

- Составление схемы организации связи.

- Выбор типа линейно-кабельных сооружений.

- Составление плана прокладки кабеля.

1. Анализ существующей инфраструктуры микрорайона «Зареченский» г. Орёл

1.1 Экспликация объекта

В качестве объекта берется новый и строящийся микрорайон «Зареченский» г. Орла. Канализация в микрорайоне будет создана компанией застройщика.

В микрорайон будут входить:

- 15 жилых домов переменной этажности 7-10 этажей;

- 4 шестнадцатиэтажных жилых дома.

На территории микрорайона находятся:

Школа, торговые центры, а также паркинги и автостоянки.

Рисунок. 1.1 - Микрорайон «Зареченский» г. Орел

Жителей каждой квартиры будем рассматривать как одного абонента. Количество квартир в микрорайоне составляет 1960. Количество абонентов будет составлять, с учетом одного подключения из квартиры, 1960.

На данный момент в микрорайоне «Зареченский» нет сети связи. Поэтому проектирование сети будет содержать полное внедрение оборудования. Также будет учтена возможность расширения количества подключаемых абонентов.

Привлечение новых абонентов и удовлетворение потребности в услугах уже имеющихся абонентов требует создания современных сетей доступа, которые способны обеспечить возможность предоставления всего пакета услуг МСС настоящее время идёт проектирование новых домов около микрорайона «Зареченский», что даст новых потенциальных клиентов.

Прежде чем начинать построение мультисервисной сети, необходимо определиться с набором предоставляемых услуг.

Проектируемая сеть будет предоставлять каждому абоненту следующие виды услуг:

· IP телефония;

· Высокоскоростной доступ к сети Интернет;

· Интерактивное цифровое телевидение IPTV;

· Игровой сервис;

Рассмотрим каждый вид услуг:

1. IP телефония - это технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть для ведения телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. Особенно актуально, с экономической точки зрения, использование данной технологии для осуществления международных и междугородных телефонных разговоров или для создания распределенных корпоративных телефонных сетей.

2. Высокоскоростной доступ к сети Интернет - это глобальная компьютерная сеть, которая связывает между собой как пользователей компьютерных сетей, так и пользователей ПК. По Интернету происходит поиск информации, рассылаются пресс-релизы, устраиваются конференции, выставки, интервью и т.д. Без наличия высокоскоростного доступа в Интернет использование многих его возможностей становится проблематичным. On-line игры, просмотр видео, Интернет-телевидение, конференции и другие великолепные возможности в этом случае будут просто недоступны.

3. Интерактивное цифровое телевидение IPTV - это цифровая технология многопрограммного интерактивного телевизионного вещания в IP-сети с помощью пакетной передачи видеоданных по IP-протоколу. Оно позволяет принимать изображение более высокого качества, а интерактивность открывает зрителям возможность смотреть программы и телепередачи в удобное время и не быть привязанным к расписанию эфира.

4. Игровой сервис - многопользовательская виртуальная игра, размещенная в сети Интернет.

Проектируемая МСС должна отвечать следующим требованиям:

· Обеспечение требуемой полосы пропускания;

· Высокая скорость передачи данных;

· Масштабируемость, обеспечение развития сети с учетом

возможного значительного роста;

· Обеспечение требуемого качества обслуживания клиентов;

· Управляемость;

· Безопасность информации.

1.2 Анализ существующей сети связи микрорайона

Нужно провести анализ состояния существующей сети связи, для определения требуемых мероприятий направленных на модернизацию сети связи, а также с целью оценки конкурентоспособности коммуникационных услуг, которые будут предоставляться через проектируемую интегрированную мультисервисную сеть связи.

На территории микрорайона «Зареченский» г. Орла действуют 4 оператора мобильной связи: «МегаФон», «Мобильные ТелеСистемы», «Вымпел-Коммуникации», «Tele2 AB», которые предоставляют все основные услуги сотовой связи второго поколения по стандарту GSM: GPRS / EDGE; третьего - UMTS.

Зона радиопокрытия операторов является не сплошной, а передача данных через каналы мобильной связи неустойчивой и зависит от множества факторов, которые, зачастую, невозможно точно спрогнозировать.

В современном обществе получили сильное развитие услуги предоставления доступа к сети Интернет. Практически каждый оператор связи предоставляет услуги широкополосного доступа в Интернет среди них следующие:

· ОАО «Вымпел-Коммуникации» (3G, IMT-2000)

· ОАО «МегаФон» (3G, IMT-2000, планируется внедрение LTE)

· ОАО «Мобильные ТелеСистемы» (3G, IMT-2000)

· ОАО «Tele2 AB» (2.5G)



2. Анализ вариантов построения сети связи, выбор сетевой технологии

2.1 Выбор топологии сети

Термин «топология» или «топология сети», обозначает физическое расположение компьютеров, кабелей и других сетевых компонентов.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, сетевые компоненты должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель. Однако просто подключить сетевой компонент к кабелю, соединяющему другие компоненты недостаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и различными компонентами требуют и различных методов реализации.

Все сети строятся на основе базовых топологий:

- шина;

- звезда;

- кольцо;

- дерево с активными узлами;

- дерево с пассивными узлами;

Шина

Рисунок 2.1 - Топология «шина»

Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, потому что линия связи единственная. В противном случае переданная информация будет искажаться в результате наложения (конфликту, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно). В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, которая увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину достаточно простое и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины нужно минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другой топологией. Правда, нужно учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.

Потому что разрешение возможных конфликтов в этом случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» выходит сложнее, чем при другой топологии. Однако через широкое распространение сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования выходит не слишком высокой.

Шине не страшные отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы одержимо две полностью работоспособных шины. Однако через особенности распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных устройств - терминаторов, показанных на рисунке 2.1 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, потому что все адаптеры включены параллельно, и понять, который из них вышел из строя, не так-то просто.

При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются и никак не возобновляются, что налагает твердые ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния к передаточному абоненту. Это выдвигает дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых являет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных обновителей сигналов - репитеров. Однако такое наращивание длины сети не может длиться бесконечно, потому что существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Достоинство

· Отказ любой из рабочих станций не влияет на работу всей сети.

· Простота и гибкость соединений.

· Недорогой кабель и разъемы.

· Необходимо небольшое количество кабеля.

· Прокладка кабеля не вызывает особых сложностей.

Недостатки

· Разрыв кабеля, или другие неполадки в соединении может исключить нормальную работу всей сети.

· Ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций.

· Трудно обнаружить дефекты соединений.

· Невысокая производительность.

· При большом объеме передаваемых данных главный кабель может не справляться с потоком информации, что приводит к задержкам.

Звезда

Рисунок 2.2- Топология «звезда»

Топология «Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все другие абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом ложится очень большая нагрузка, потому ничем другим, кроме сети, оно заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно больше сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в этом случае говорить не придется. Как правило, именно центральный компьютер является самим мощным, и именно на него возлагают все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможные, потому что управление полностью централизовано, конфликтовать нет почему.

Если говорить о стойкости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании части сети, которая осталась, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные мероприятия по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыл любого кабеля или короткое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все другие компьютеры могут нормально продолжать работу. На склонение от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных.

Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой линии связи есть только один приемник и один передатчик. Все это существенно упрощает сетевое установление в сравнении с шиной и спасает от необходимости применение дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня.

Серьезный недостаток топологии «звезда» складывается в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не больше 8-16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключения новых абонентов достаточно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается возможность наращивания, то есть подключение вместо одного из периферийных абонентов еще одного центрального абонента (в итоге выходит топология из нескольких соединенных между собой звезд). Звезда, показанная на рисунке 2.2, зовется активной, или настоящей звезды.

Существует также топология, которая называется пассивной звездой, что только внешне похожая на звезду (рисунок 2.3). В это время она распространена намного больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

Пассивная звезда

В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор, или хаб (hub), что выполняет ту же функцию, что и репитер. Он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна настоящей или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, потому что информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем другим компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда выходит дороже обычной шины, потому что в этом случае обязательно нужно еще и концентратор.

Рисунок 2.3 Топология «пассивная звезда»

Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет настоящую звезду, которая считается малоперспективной топологией. Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует сигналы, но и делает управление обменом, однако сам в обмене не принимает участие. Большое преимущество звезды (как активной, так и пассивной) заключается в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем простого отключения от центра тех или других абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К каждому периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два кабеля (каждый из них передает в одном направлении), причем вторая ситуация встречается чаще.

Общим недостатком для всей топологии типа «звезда» значительно больше, чем при другой топологии, затрата кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рисунке 2.1), то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

Достоинства

· Хорошая масштабируемость сети;

· Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

· Высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

· Легкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

Недостатки

· Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

· Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;

· Конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Кольцо

Рисунок 2.4 - Топология «кольцо»



В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.

Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Достоинства

· Простота установки;

· Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий;

· Практически полное отсутствие дополнительного оборудования.

Недостатком кольца (в сравнении со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.

Дерево с активными узлами

Дерево с активными узлами - это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

Рисунок 2.5 - Топология «дерево с активными узлами»

Дерево с пассивным оптическим разветвлением

Решения на основе архитектуры PON используют логическую топологию "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint), которая положена в основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

В данном проекте предлагается использовать топологию звезда, из-за высокой производительность сети и хорошей масштабируемости.



Рисунок 2.6 - Топология «Дерево с пассивным оптическим разветвлением»

2.2 Выбор технологии абонентского доступа

Рассматривая различные возможности и технологии проводного доступа, в условиях развития современных телекоммуникационных систем целесообразно строить новый сегмент МСС на базе технологий оптического доступа, так как волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют ряд преимуществ по сравнению с медными и радиорелейными системами связи как:

1. Широкая полоса пропускания

2. Малое затухание светового сигнала в волокне

3. Низкий уровень шумов

4. Высокая помехозащищенность

5. Малый вес и объем

6. Высокая защищенность от несанкционированного доступа

7. Гальваническая развязка элементов сети

8. Взрыво и пожаробезопасность

9. Длительный срок эксплуатации

Перечисленные преимущества позволяют уверено утверждать, что ВОЛС являются наиболее эффективным средством передачи информации в МСС, за счет в первую очередь высокой пропускной способности и надежности. Однако, монтаж, в том числе сварка, ВОЛС связан с большими экономическими затратами, что сказывается на цене предоставляемых оператором связи услуг. Поэтому использование оптических технологий экономически невыгодно для подключения абонентов частных жилых домов, в силу их территориальной рассредоточенности что требует больших вложений в кабельные системы. Поэтому оптические технологии целесообразно использовать для подключения абонентов проживающих в многоквартирных домах.

В современных условиях для правильного проектирования сети, ее разработки и обслуживания специалисты должны учитывать следующие вопросы:

- изменение организационной структуры;

- использование новых программных средств;

- исследование различных решений;

- проверка сетей;

- выбор протоколов;

- выбор физического расположения;

- вычисление критического времени;

- анализ вариантов

Тщательное проектирование сети является важнейшей предпосылкой её быстрой и устойчивой работы. Если при проектировании в сети допущены ошибки, то может возникнуть множество непредвиденных проблем и возможность её роста окажется под угрозой. Процесс проектирования требует глубокого анализа конкретной ситуации.

Можно привести следующие критерии:

Популярность технологии в обозримом будущем. От этого зависит расширяемость сети и возможность обновления устройств.

- Качество обслуживания (QoS). В настоящее время прослеживается четкая тенденция развития мультимедийных приложений, предъявляющих очень жесткие требования к сети. Возможность выбора качества обслуживания позволяет разделить пользователей по критерию обслуживания, что особенно важно в больших структурированных организациях.

- Масштабируемость. Сеть должна развиваться - сейчас это аксиома. Сеть отражает бизнес, если он меняется - под него должна подстраиваться сеть. Если сеть не способна гибко реагировать на изменения приложений, с которыми работают пользователи, организацию непременно ждут большие затраты на модернизацию. Очень часто эта модернизация должна быть проведена в сжатые сроки, за 2-3 года. Хорошо продуманная масштабируемая сеть способна работать без коренной модернизации гораздо дольше.

- Стоимость. Следует учитывать соотношение цена/производительность. Трудно ожидать высоких скоростей от дешевых технологий. С другой стороны, бессмысленно использовать сложнейшие технологии для простейших задач.

- Поддержка существующей кабельной системы. При выборе кабельной системы следует учитывать тип и требуемые расстояния.

На транспортном уровне в качестве технологии передачи данных используется технология Ethernet. Вначале 80-х Ethernet технология была стандартизована IEEE 802.3 рабочей группой, и с тех пор является наиболее популярным международным стандартом.

Технология Ethernet дает возможность устройствам коллективно пользоваться одними и теми же ресурсами, т.е. все устройства могут пользоваться одной средой доставки. Электронные данные могут передаваться по медному кабелю, по тонкому или толстому коаксиальному кабелю, по беспроводным линиям связи и т.д.

Канальные уровни протоколов Ethernet и 802.3 обеспечивают транспортировку данных по физическому каналу, непосредственно соединяющему два устройства. В сети Ethernet данные, посылаемые одним узлом, проходят через весь сегмент. Когда сигнал достигает конца сегмента, он поглощается специальным оконечным элементом. Это необходимо для того, чтобы предотвратить движение сигнала в обратном направлении. В каждый отдельный момент времени в локальной сети возможна только одна передача.

Чтобы использовать принцип коллективной работы со средой передачи данных, в Ethernet применяется протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, CSMA/CD). Использование протокола CSMA/CD позволяет устройствам договариваться о правах на передачу.

CSMA/CD является методом доступа, который позволяет только одной станции осуществлять передачу в среде коллективного использования. Не все устройства могут осуществлять передачу на равных правах в течение всего времени, поскольку это может привести к возникновению конфликтов. Однако стандартные сети Ethernet, использующие протокол CSMA/CD, учитывают все запросы на передачу и определяют, какие устройства могут передавать в данный момент и в какой последовательности смогут осуществлять передачу все остальные устройства, чтобы все они получали адекватное обслуживание.

На данный момент существует несколько разновидностей технологии Ethernet, отличающихся скоростью передачи информации. На транспортных участках сети в основном применяется технология 10 Gb Ethernet (скорость передачи информации достигает 10 Гбит/с). На участке абонентского доступа в основном используется технология 10/100 Mb Ethernet (скорость передачи достигает 100 Мбит/с).

В качестве среды передачи информации используются направляющие линии связи. Отличительной особенностью направляющих линий связи является то, что распространение сигналов в них от одного абонента к другому осуществляется только по специально созданным цепям и трактам линии связи (ЛС), образующим направляющие системы, предназначенные для передачи электромагнитных сигналов в заданном направлении с должными качеством и надежностью.

Технология Gigabit Ethernet - это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности. Возможны такие разновидности, как: 1000BASE-T, IEEE 802.3ab; 1000BASE-TX; 1000BASE-SX, IEEE 802.3z; 1000BASE-LX, IEEE 802.3z; 1000BASE-LH (Long Haul).

На транспортных участках сети в основном применяется технология 10 GbEthernet. Новый стандарт 10 Gigabit Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae. Возможны такие разновидности, как: 10GBASE-CX4; 10GBASE-SR; 10GBASE-LX4; 10GBASE-LR и 10GBASE-ER; 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006.

Технология Fast Ethernet (стандарт 802.3u) опирается на стандарт Ethernet, но позволяет работать в 10 раз быстрее (со скоростью 100 Мбит/с). Сегодня это одна из самых распространенных высокоскоростных технологий благодаря своей экономичности, стабильности и совместимости с существующими средами ЛВС на базе Ethernet. Технология Fast Ethernet применяется во всех современных коммутаторах, маршрутизаторах, устройствах VoIP, беспроводных устройствах. Большинство xDSL-модемов, мультиплексоров имеют порт Ethernet. Существуют следующие разновидности технологии Fast Ethernet: 100BASE-T (100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2); 100BASE-FX; 100BASE-LX.

Хотя Ethernet была задумана как разделяемая среда передачи, последующее развитие самого стандарта, технологий более высоких уровней модели OSI и оборудования позволяет ей на равных соперничать со всеми конкурирующими системами. Прежде всего, это отразилось в том, что были созданы механизмы, гарантирующие качество обслуживания, что дает возможность использовать Ethernet для передачи мультимедийных данных.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband - широкополосными).

В соответствии с требованиями к проектируемой сети и предоставления современных инфокоммуникационных услуг выбрана технология Ethernet.

2.2.1 Технология FTTx

Fiber To The X (оптическое волокно до …) - аббревиатура, описывающая общий подход к организации кабельной инфраструктуры сети широкополосного доступа, в которой от узла связи до определённого места (в обозначении - точка "х") доходит оптическая линия связи, а далее, до абонента, - медный кабель. Кроме этого возможен вариант, при котором оптика прокладывается непосредственно до абонентского устройства.

В технологию семейства FTTx включены различные виды архитектур:

· FTTB (Fiber to the Building) - волокно до здания;

· FTTH (Fiber to the Home) - волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

· FTTN (Fiber to the Node) - волокно до сетевого узла;

· FTTC (Fiber to the Curb) - волокно до микрорайона, квартала или группы домов;

Основная задача данной технологии - доставлять пакеты разнообразных услуг и сервисов. В качестве примера можно назвать популярный набор, получивший название тройной услуги (Triple Play) - доступ к сети Интернет, телефония, телевизионное вещание и доставка видео. Стремительно растущая потребность во всех трех видах услуг позволяет уже сейчас говорить о неизменности тенденции, в соответствии с которой объемы строительства FTTx будут расти на протяжении многих лет.

FTTB

Рисунок 2.7 - Технология FTTB

При использовании варианта FTTB оптическое волокно заводится в дом, как правило, на цокольный этаж или на чердак (что более экономически эффективно) и подключается к устройству ONU (Optical Network Unit). На стороне оператора связи устанавливается терминал оптической линии OLT (Optical Line Terminal). OLT является primary устройством и определяет параметры обмена трафика (например, интервалы времени приема/передачи сигнала) с абонентскими устройствами ONU (или ONT, в случае FTTH).

Дальнейшее распределение сети по дому происходит по «витой паре».

Этот подход целесообразно применять в случае развертывания сети в многоквартирных домах и бизнес-центрах среднего класса. Российские операторы связи разворачивают сети FTTB пока только в крупных городах, но в перспективе использование данной технологии повсеместно. В FTTB нет необходимости прокладывать дорогостоящий оптический кабель с большим количеством волокон, как при использовании FTTH.

FTTH

Рисунок 2.8 - Технология FTTH

Как мы уже говорили, FTTH подразумевает доведение оптического волокна до квартиры или частного дома пользователя. Существует два типа организации FTTH сетей: на базе Ethernet и на базе PON.

Решение на базе Ethernet

В Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается использование коммутаторов с оптическими портами или оптическими трансиверами. Коммутаторы объединяются либо в «кольцо» Ethernet (GE или 10GE), либо по топологии «звезда» и располагаются на чердачном или цокольном этаже (в зависимости от способа заведения магистрального волокна в дом). К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических каналов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфраструктурой. К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропускания и недостаточные возможности масштабирования.

На территории абонента (в квартире или коттедже) используются устройства CPE (Customer Premise Equipment).

Узел доступа FTTx можно разделить на две составляющие: активная часть (Ethernet-коммутатор, источник бесперебойного питания, контроллер мониторинга состояния узла) и пассивная часть (антивандальный шкаф, оптический кросс, вводно-распределительное устройство).

Активная часть. Основой активной части узла доступа, как и всей технологии FTTx, является коммутатор. На данный момент на рынке представлено большое количество коммутаторов различных производителей - начиная с самых простых, неуправляемых коммутаторов, которые любят устанавливать небольшие, "домашние" Интернет-провайдеры, ориентированные на минимизацию затрат на развёртывание сети, заканчивая дорогими коммутаторами Cisco, имеющими практически весь известный спектр функционала. Основные недостатки простых коммутаторов - невозможность управлять и следить за состоянием сети, неустойчивость к хакерским атакам, отсутствие защиты от неквалифицированных действий пользователей, низкая устойчивость широковещательным штормам и т.д. При использовании таких коммутаторов невозможно обеспечить стабильную работу сети, так как увеличивается нагрузка на техническую поддержку провайдера, что в итоге снижает качество обслуживания абонента и при наличии альтернативных операторов, приводит к потере абонентов.

На сегодняшний день требования, предъявляемые абонентом к услугам связи - это качество, надёжность и разнообразие услуг. С точки зрения провайдера услуг связи, чтобы выполнить эти условия, активное оборудование FTTx должно обеспечивать резервирование, защиту от несанкционированного доступа к своей и клиентской информации, высокое время наработки на отказ, а также поддержку функционала обработки multicast-трафика. Для реализации резервирования, безопасности сети и предоставления услуг IP-TV, существует множество протоколов, которые должны поддерживаться активным оборудованием. Ниже перечислены основные из них.

STP/RSTP/MSTP - протоколы связующего дерева, задачей которых является приведение всей структуры сети к древовидной топологии для исключения кольцевых путей. Делается это путём блокирования некоторых портов избыточных в данный момент для полной связности сети. Преимуществом данных протоколов является простота конфигурирования - в простых сетях, как правило, достаточно включить использование протокола и оборудование само проанализирует топологию сети и заблокирует необходимые порты. Основным их недостатком считается низкое время сходимости сети после обрыва линии связи, либо выхода из строя оборудования.

Для сетей, в которых требуется малое время восстановления работоспособности, используются более сложные в реализации и настройке алгоритмы резервирования, основанных на рекомендации RFC 3619 (EAPS Ethernet Automatic Protection Switching - Автоматическое Защитное Переключение Ethernet), разработанной компанией Extreme Networks. Данный алгоритм позволяет осуществлять переключение трафика на заранее выбранный резервный маршрут за 50-200 мс. У различных производителей оборудования такой протокол называется по-разному: EPSR (Allied Telesis), REP (Cisco), ERPS (D-Link), RRPP (Huawei), ERRP (Qtech), Ether-Ring (НАТЕКС). Для организации подобной схемы резервирования оборудование должно иметь минимум два магистральных гигабитных порта.

Для осуществления различных политик при передаче трафика с различной чувствительностью к задержкам (голос, видео, данные, управляющая информация) используется протокол Selective Q-in-Q. В этом случае пакетам с определёнными типами трафика добавляются определённые метки VLAN, на основании которых трафик передаётся и обрабатывается различными путями.

Большую популярность у пользователей набирают сервисы реального времени (Skype, IP-телефония). Для обеспечения необходимого качества этих услуг оборудование должно поддерживать концепцию QoS - алгоритмы приоритезации и обработки очередей 802.1p.

Функционал коммутатора, отвечающий за безопасность и защиту информации, можно разделить на три группы: защита самого сетевого устройство от несанкционированного доступа и перегрузок, защита сети и защита пользователя. К первой группе можно отнести различные алгоритмы аутентификации (RADIUS, TACACS+, AAA), защиту от перегрузки процессора, переполнения таблицы MAC-адресов, и т.п. К защите сети - использование аппаратной поддержки различных списков доступа (ACL), а также алгоритмы аутентификации пользователей на порту (802.1x).

Защита пользователей включает в себя их изоляцию друг от друга, запрет на передачу служебных пакетов (BPDU, DHCPD и т.д.), которые могут повлиять на работу сети, а также привязка данных аутентификации пользователей к порту коммутатора, MAC-адресу оборудования и IP-адресу, выдаваемому DHCP-сервером. Ниже представлены более подробные описания этих протоколов.

Для защиты от переполнения таблицы MAC-адресов, используются алгоритмы, позволяющие контролировать работу коммутатора при большом количестве MAC-адресов, а также ограничение количества MAC-адресов на каждом порту коммутатора, что позволяет уменьшить влияние DoS-атак, основанных на генерации пакетов с различными MAC-адресами.

Списки доступа (ACL) дают возможность ограничить доступ к ресурсам сети на основе данных с различных уровней модели OSI (L2/L3/L4).

Фильтрация BPDU-пакетов на порту пользователя позволяет не допустить изменение топологии дерева STP при подключении пользователем своего коммутатора. Введение "доверенных" портов для DHCP-серверов предотвращает раздачу IP-адресов пользовательским оборудованием.

Большой популярностью пользуется привязка MAC-адреса пользователя к IP-адресу, выданному DHCP-сервером (DHCP-snooping, IP Source Guard), и к порту коммутатора (DHCP Option 82), а также привязка порта коммутатора к данным аутентификации пользователя (PPPoE Plus). DHCP-snooping - протокол, отслеживающий передачу DHCP-запросов и ответов на них. На основании этих данных в коммутаторе создаётся таблица соответствия порта, MAC-адреса абонента и IP-адреса, выданного DHCP-сервером. При включении функции IP Source Guard, все пакеты, приходящие со стороны клиента, не удовлетворяющие соответствующей записи в таблице DHCP-snooping, отбрасываются. В результате осуществляется защита от подмены злоумышленником клиентских IP-адреса и MAC-адреса. Функция DHCP Option 82 используется для добавления коммутатором в DHCP-запрос от клиента дополнительных данных - таких, как номер порта, идентификатор коммутатора, номер VLAN, что позволяет оперировать информацией об IP-адресах, выданных абонентам, подключенным к определённым портам коммутаторов. Функция PPPoE Plus (другое название PPPoE Insertion) по принципу действия аналогична DHCP Option 82 - коммутаторы с этим функционалом добавляют дополнительную информацию в запросы на PPPoE соединение приходящие от клиента и отправляют их на сервер терминации PPPoE.

Для ограничения доступа к сети на основе не только данных аутентификации, но и на данных о состоянии лицевого счёта абонента, тарифа, заказанных услуг, используются протоколы 802.1x (например, RADIUS, TACACS+). Доступ к сети, а также характеристики порта коммутатора (скорость, VLAN) изменяются при прохождении аутентификации на сервере; до этого момента никакие данные, кроме пакетов 802.1x, через абонентский порт передаваться не могут.

Предоставление услуг IPTV требует поддержку оборудованием функционала обработки multicast-трафика - такого, как IGMP-snooping, MVR (Multicast VLAN Registration), IGMP-proxy. Эти протоколы позволяют не только экономить полосу пропускания агрегирующих каналов, но и передавать видео-трафик из multicast-VLAN в абонентские VLAN по запросу, что необходимо при реализации концепции "VLAN на пользователя".

Немаловажным показателем надёжности оборудования является отсутствие вентиляторов охлаждения - зачастую оборудование устанавливается в помещениях, не имеющих защиты от пыли, в результате чего вентиляционные отверстия в коммутаторе в скором времени забиваются, нарушается теплообмен и оборудование выходит из строя. Безвентиляторное оборудование использует стенки корпуса в качестве радиатора (процессор и контроллеры интерфейсов через термоинтерфейс соприкасаются с корпусом), в результате система охлаждается за счёт теплообмена корпуса с окружающей средой.