urządzenia pośredniczące (PEV)

Sieci WAN - definicje
Siec WAN (ang. wide-area network) działa
na poziomie warstwy fizycznej i warstwy
łącza danych modelu odniesienia OSI.
Niektóre definicje wymieniają warstwę
sieciową.
Sieci WAN umożliwiają wymianę
pakietów/ramek
danych
miedzy
routerami/mostami i obsługiwanymi
sieciami LAN.
W skład typowej sieci WAN
wchodzą:
urządzenia transmisji,
sprzęt komunikacyjny,
adresowanie międzysieciowe,
protokoły routingu (protokoły trasowania używane przez routery do
komunikowania się z innymi routerami).
Parametry sieci WAN – cz. I
Czas zdolności jest przeciwieństwem do czasu przestoju: jest to czas,
gdy urządzenie funkcjonuje zgodnie z wymaganiami użytkownika
wobec dostępności urządzeniaWiększość producentów podaje dla
sprzętu współczynnik średniego czasu między awariami (ang. mean
time between failures, MTBF) dla swojego sprzętu. Jest to miara
niezawodności ich produktów. Zazwyczaj współczynniki MTBF mają
wartość dziesiątek tysięcy godzin.
Termin dostępność jest używany do ogólnego opisu sumarycznego
czasu zdatności sieci. Teoretycznie, dostępność do sieci określa
ilościowe podsumowanie gotowości sieci. Zakres dostępności do sieci
różni się w zależności od lokalizacji i wymogów użytkowych. Dlatego
ilościowa dostępność do sieci może być dość uciążliwa.
Parametry sieci WAN – cz. II
Jedną z ważniejszych metryk w sieciach WAN jest natężenie ruchu,
ruchu który może
zostać obsłużony. Natężenie jest prawie zawsze zmienne; różni się w
zależności od: czasu, cykli biznesowych, sezonów, itd.
Określenie tych wartości natężenia ruchu jest bardzo ważne odnośnie doboru
urządzeń transmisyjnych i routerów w sieci WAN.
Natężenie ruchu należy mierzyć na dwa sposoby, jako natężenie maksymalne i
średnie.
Natężenie maksymalne,
maksymalne które ma obsłużyć sieć jest nazywane
natężeniem szczytowym. Jak wskazuje nazwa, jest to największa
ilość ruchu, jaką ma obsługiwać I sieć.
Natężenie średnie to oczekiwane obciążenie ruchem podczas dnia
pracy w do­ił wolnej lokalizacji.
Parametry sieci WAN – cz. III
Opóźnienie to czas między dwoma zdarzeniami.
zdarzeniami W komunikacji danych takimi
zdarzeniami są zazwyczaj transmisja i odbiór danych.
Opóźnienie to całkowita ilość czasu wymaganego przez sieć do
przetransportowania pakietu z punktu początkowego do miejsca
przeznaczenia. Przy takiej definicji, opóźnienie to sumaryczne zjawisko
powodowany wieloma potencjalnymi przyczynami.
Opóźnienie propagacji ­ to skumulowana ilość czasu wymaganego
do transmisji, czyli propagacji, danych ścieżką transmisyjną między
dwoma punktami. Infrastruktura sieci w obrębie każdego urządzenia
transmisyjnego na ścieżce sieciowej przyczynia się do
sumarycznego
opóźnienia
każdej
transmisji.
Dodatkowym
czynnikiem opóźnienia propagacji jest natężenie ruchu.
Opóźnienia między satelitą a stacją naziemną – związane z
transmisją sygnału do satelity, a następnie z satelity. Ze względu na
duże odległości między naziemnymi urządzeniami transmisyjnymi a
satelitą, opóźnienia te mogą być znaczące.
Opóźnienie przekazywania ­ to czas wymagany przez fizyczne
urządzenie do odebrania, buforowania, przetworzenia i przekazania
danych. Opóźnienie przekazywania może ulec zwiększeniu w
przypadku dużego natężenia ruchu lub błędów w sieci.
Urządzenia transmisji WAN – cz. I
Urządzenia komutowania obwodów
Komutowanie obwodów jest metodą komunikacji, w której tworzone
jest przełączane, dedykowane połączenie między dwiema stacjami
końcowymi.
Zestawianie dedykowanych obwodów fizycznych między centralami
jest istotą komutowania obwodów. Każda jednostka transmisji,
niezależnie od tego, czy jest to komórka, ramka, czy dowolna inna
konstrukcja, przebywa w infrastrukturze sieci tę samą fizyczną drogę.
Połączenie to jest fizycznym obwodem, dedykowanym danemu
połączeniu na czas trwania sesji komunikacyjnej. Po zakończeniu sesji
fizyczne połączenie między centralami przestaje istnieć, a zasoby sieci
są zwalniane
Linie dzierżawione
Cyfrowa sieć usług zintegrowanych ISDN
Sieci Switched 56
Urządzenia transmisji WAN – cz.II
Urządzenia komutowania pakietów
W urządzeniach komutowania pakietów jest stosowany
wewnętrzny
format
pakietów,
wykorzystywany
do
opakowywania transportowanych danych.
W odróżnieniu od urządzeń komutowania obwodów, urządzenia
komutowania
pakietów
nie
zestawiają
dedykowanego
połączenia pomiędzy dwiema lokalizacjami.
Pakiety są przesyłane niezależnie od rodzaju połączenia przy
wykorzystaniu istniejącej komercyjnej sieci komutowania
pakietów (PSN).
Sieci X25
Sieci Frame Relay
Urządzenie transmisji WAN–cz.III
Urządzenia komutowania komórek
Część
technologii
wykorzystuje
obie
wymienione
metody
komutowanie przy jednoczesnym wprowadzeniu własnych innowacji.
Przykładem są sieci wykorzystujące różne rodzaje komutacji komórek.
Komórka różni się od pakietu długością struktury. Pakiet jest strukturą
danych o zmiennej długości, podczas gdy komórka jest strukturą
danych o stałej długości.
Technologia transmisji asynchronicznej ATM
Sieci megabitowych usług komutowanych SMDS
Sprzęt komunikacyjny WAN
Sprzęt komunikacyjny potrzebny do zbudowania sieci WAN można podzielić
na trzy podstawowe kategorie:
sprzęt dostarczony przez klienta (CPE)
urządzenia pośredniczące (PEV)
urządzenia przesyłania danych (DCE).
CPE jest sprzętem pracującym na warstwie fizycznej, kodującym sygnały i
przesyłającym je do urządzeń transmisyjnych. Sprzęt ten najczęściej jest
dostarczany przez użytkowników i instalowany w należących do nich
pomieszczeniach,
Typ sprzętu CPE zależy od technologii transmisji. Dwie najczęściej
spotykane formy CPE to oraz.
jednostki CSU/DSU
interfejs PAD
Sprzęt komunikacyjny WAN-CPE
Jednostka obsługi kanału / jednostka obsługi danych (CSU/DSU).
Typowa sieć WAN zbudowana jest na bazie linii dzierżawionych, czyli
transmisyjnych urządzeń komutowania obwodów.
Urządzenia CSU/DSU to sprzęt komunikacyjny znajdujący się na końcu
kanałowych i cyfrowych urządzeń transmisyjnych. Zakończenie linii
najczęściej ma postać modułowego gniazda. Sprzęt CSU/DSU umożliwia
również połączenie szeregowe z routerem, znajdującym się w siedzibie
użytkownika,
Jednostki CSU/DSU pełnią więcej funkcji niż tylko wysyłanie i odbieranie
fizyczn.v sygnałów. Zależnie od marki i modelu, jednostki CSU/DSU mogą
również wykonywać regulowanie łączy i odpowiadać na sygnały
diagnostyczne z centrali.
Interfejs zestawiania i dekompozycji pakietów (PAD)
Sprzęt transmisyjny wykorzystujący komutowanie pakietów, do ich
tworzenia i dekompozycji może wymagać dodatkowych urządzeń.
Urządzenia te znane są jako PAD (ang. Packet Assembler/Disassembler).
Sprzet komunikacyjny WAN – PEV
Urządzenia pośredniczące ( ang. Premises Edge Vehicles)
Wyposażenie PEV służy do łączenia sieci lokalnej klienta z urządzeniami CPE.
W środowisku typowej sieci LAN urządzeniem tym jest router.
Routery pełnią funkcję granicy między siecią LAN i WAN. Dlatego ich
podstawowym zadaniem jest komunikacja z innymi routerami o znanych
adresach międzysieciowych. Adresy te są przechowywane w tablicach
routingu, umożliwiających powiązanie adresów z fizycznym interfejsem
routera, który należy wykorzystać w celu uzyskania połączenia ze
wskazanym adresem.
L A N 8 0 2 .3
B ra m a
X .2 5
PEV
X .2 5
D CE
PSPD N
CSU/DSU
H o st
CSU/DSU
D C E
D CE
PA D
X .2 5
X .2 5
Analogowa i cyfrowa
transmisja danych – cz. I
Najprostszym i najczęściej wykorzystywanym sposobem przesyłania danych
jest wykorzystanie ogólnodostępnej sieci telefonicznej zwanej PTSN (ang.
Public Switched Telephone Network)
Kanał telefoniczny jest definiowany jako „pasmo częstotliwości lub jego
ekwiwalent w domenie czasu utworzony w celu umożliwienia komunikacji
pomiędzy źródłem komunikatu, a jego miejscem docelowym”.
Pasmo przenoszenia dla kanału telefonicznego zawarte jest w przedziale od
300 do 3300 Hz. Szerokość pasma przenoszenia mierzona w hercach będąca
różnicą pomiędzy górną i dolną granicą pasma wynosi 3000 Hz.
Ponieważ sygnały danych mierzone są w bitach na sekundę, a nie w hercach
należy powiązać charakterystykę kanału transmisji (w Hz) z szybkością
przesyłania danych. Zależność pomiędzy tymi dwoma wielkościami można
wyprowadzić na podstawie twierdzenia Nyquista i twierdzenia Shannona.
Analogowa i cyfrowa
transmisja danych – cz. II
Współczynnik Nyquista pozwala na pomiar transmisji sygnału w bodach
N = 2B
N ­ współczynnik Nyquista w bodach
B ­ szerokość pasma w Hz
Kanał telefoniczny o szerokości pasma 3000 Hz może przesyłać sygnał z
szybkością maksymalną 6000 bodów
Twierdzenie Shannona pozwala
transmisyjnego wyrażoną w bps
(
C = B log 2 1 + S
N
)
na
określenie
pojemności
kanału
S ­ współczynnik sygnał/szum mierzony
N w decybelach ( dla kanału głosowego
przyjmuje się wartość 30 dB)
Maksymalna pojemność dla kanału głosowego wynosi więc 30 000 bps
Standardy sygnałów cyfrowych
- ANSI
Dla transmisji cyfrowej opracowanych zostało kilka standardów
umożliwiających przesyłanie danych z określoną szybkością transmisji dla
danego nośnika. Należą do nich:
Hierarchia ANSI sygnału cyfrowego
Hierarchia ITU sygnału cyfrowego
System SONET
Organizacja ANSI (American National Standard Institute) opracowała
standardy transmisji sygnałów cyfrowych pod nazwą hierarchii sygnału
cyfrowego DSH (Digital Signal Hierarchy) w skład której wchodzi pięć
specyfikacji
Standard sygnału
cyfrowego
DS-0
DS-1
DS-1C
DS-2
DS-3
DS-4
Szerokość
pasma Mbps
0,064
1,544
3,152
6,312
44,736
274,176
Liczba kanałów
głosowych
1
24
48
96
672
4032
Standardy sygnałów cyfrowych
- ITU
Dla Europy organizacja ITU opracowała nową hierarchie sygnałów cyfrowych pod
nazwą CEPT. Choć w standardzie ITU wykorzystane jest pasmo podstawowe o tej
samej szerokości 64 Kbps to stosowane są inne wielokrotności tego pasma
Standard sygnału
cyfrowego
CEPT-1
CEPT-2
CEPT-3
CEPT-4
CEPT-5
Szerokość
pasma Mbps
2,048
8.448
34,368
139,264
565,148
Liczba kanałów
głosowych
30
120
480
1920
7680
Linia nośnika
optycznego
OC-1
OC-3
OC-9
OC-12
OC-18
OC-24
OC-36
OC-48
Szerokość
pasma Mbps
51,84
155,52
466,56
622,08
933,12
1244
1866
2488
SONET (Synchronous Optical Network) jest to szereg systemów transmisji
danych opartych na technologii optycznej. Jest to standard opracowany przez
ANSI i częściowo przyjęty przez ITU pod nazwą synchronicznej hierarchii
cyfrowej SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Podstawowa różnica pomiędzy
nimi jest taka, że w systemie SDH podstawowa szybkość transmisji wynosi
155,52 Mbps, a w systemie SONET 51,84 Mbps. Dla nośników miedzianych
standard nosi nazwę STS
Topologie sieci WAN
Topologia sieci WAN opisuje organizację urządzeń transmisyjnych
względem lokalizacji połączonych za ich pomocą.
Wyróżnia się siedem podstawowych topologii sieci WAN:
każdy­z­każdym,
pierścienia,
gwiazdy,
oczek pełnych,
oczek częściowych,
wielowarstwową, w tym dwu­ i trójwarstwową,
hybrydową.
Topologia każdy z każdym
Sieć rozległa o topologii "każdy­z­każdym" może być zbudowana na bazie linii
dzierżawionych lub dowolnych innych urządzeń transmisyjnych. ,
Sieci WAN, składające się tylko z dwóch lokacji, można połączyć wyłącznie w taki
sposób.
Ponieważ każda lokalizacja ma co najwyżej dwa połączenia z resztą sieci, możliwe
jest zastosowanie trasowania statycznego.
Wadą rozwiązania są zmienne poziomy wydajności komunikacji między dowolną
daną parą lokacji. Rzeczywisty stopień zmienności wydajności w znacznym
stopniu zależy od szeregu czynników, do których należą m.in.:
rzeczywista odległość między lokacjami
typ i szybkość urządzenia transmisyjnego
stopień wykorzystania urządzenia transmisyjnego
Drugim
ograniczeniem
tego
rozwiązania jest podatność na
awarie składników sieci.
Topologia pierścienia
Topologię pierścienia można w prosty sposób uzyskać z topologii każdy­z­
każdym, dodając jedno urządzenie transmisyjne i po jednym porcie w dwóch
routerach.
Istnienie w sieci wielu potencjalnych tras
oznacza, że wykorzystanie protokołów
trasowania
dynamicznego
zapewni
elastyczność nieosiągalną przy trasowaniu
statycznym.
Protokoły
trasowania
dynamicznego
potrafią
automatycznie
wykryć i dostosować się do niekorzystnych
zmian w warunkach pracy sieci WAN,
wyszukując trasy omijające uszkodzone
połączenia.
Podstawowym ograniczeniem topologii pierścienia
jest mała możliwość rozbudowy sieci. Dodanie do
sieci WAN nowych lokalizacji bezpośrednio zwiększa
liczbę skoków wymaganych do uzyskania dostępu do
innych punktów pierścienia.
Topologia gwiazdy
Gwiazda jest budowana przez połączenie wszystkich lokalizacji z jedną
lokalizacją docelową.
Cechą odróżniającą topologię gwiazdy od dwuwarstwowej jest fakt, że
centralny router topologii gwiazdy, oprócz obsługi sieci WAN, może być
również wykorzystany do wzajemnego połączenia miejscowych sieci LAN.
Teoretycznie topologia gwiazdy zawsze przewyższa wydajnością topologię
pierścienia i każdy­z­każdym. Przyczyną tego jest fakt, iż wszystkie
urządzenia w sieci są odległe od siebie tylko o trzy skoki: router w lokacji
użytkownika, centralny router sieci i router lokacji docelowej.
Omawiana topologia ma dwie wady:
istnienie pojedynczego
punktu awaryjnego
brak dodatkowych tras
Topologia oczek pełnych
Technologia ta
uszkodzenia.
daje
największą
W sieci takiej każdy węzeł jest
bezpośrednio
połączony
z
wszystkimi pozostałymi. Dzięki
temu istnieje obfita liczba
dodatkowych tras do każdej
lokacji.
Sieci o topologii oczek pełnych
są
rozwiązaniami
raczej
utopijnymi,
o
ograniczonej
możliwości
praktycznego
wykorzystania
głównie
ze
względu na fakt, iż routery mają
ograniczoną liczbę portów, które
mogą być obsługiwane.
znaną
niezawodność
i
odporność
na
Topologia oczek częściowych
Oczka częściowe to bardzo elastyczne topologie, mogące przyjąć różnorodne
formy. Topologie oczek częściowych najlepiej opisać jako sieci o routerach
powiązanych ze sobą ściślej niż w przypadku jakiejkolwiek topologii
podstawowej; w topologii oczek częściowych nie wszystkie punkty sieci są
bezpośrednio połączone, jak to było w przypadku oczek pełnych
Sieci
takie
pozwalają
zminimalizować
liczbę
skoków
między
użytkownikami
bardzo
rozbudowanych sieci WAN. W
odróżnieniu od sieci oczek pełnych,
oczka
częściowe
umożliwiają
zredukowanie kosztów budowy i
eksploatacji przez ograniczenie
liczby
połączeń
z
mniej
obciążonymi
segmentami
sieci
WAN.
Topologia oczek częściowych lepiej nadaje się
do rozbudowy i jest tańsza od topologii oczek
pełnych.
Topologie wielowarstwowe
– dwie warstwy – cz. I
Topologia dwuwarstwowa jest odmianą podstawowej topologii gwiazdy:
miejsce pojedynczego routera centralnego zajmują tu (co najmniej) dwa routery.
Dwuwarstwowa
sieć
WAN
zbudowana
na
podstawie
dedykowanych
łącz
wykazuje
lepszą odporność na uszkodzenia
od sieci o topologii gwiazdy ­ przy
równie dużych możliwościach jej
rozbudowy.
Jeśli w sieci znajdują się więcej niż dwa routery centralne, projektant sieci
powinien wybrać podtopologię warstwy routerów centralnych. Routery te
mogą być połączone w topologii oczek pełnych, oczek częściowych lub
każdy­z­każdym.
Topologie wielowarstwowe
– dwie warstwy – cz. II
Niezależnie od wybranej podtopologii, hierarchiczne, wielowarstwowe topologie
najlepiej sprawdzają się, jeśli spełnione są wymienione poniżej podstawowe
warunki:
Warstwa routerów centralnych powinna być przeznaczona
wyłącznie na potrzeby tych routerów; oznacza to, że nie może być
ona wykorzystana do bezpośredniego łączenia ośrodków
użytkowników.
Routery w ośrodkach użytkowników powinny być połączone
wyłącznie z węzłami centralnymi, bez wzajemnych połączeń w
konfiguracji każdy­z­każdym
Routery użytkowników nie mogą być łączone z routerami
centralnymi w sposób przypadkowy; ich położenie powinno być
dobrane w sposób optymalny; zależnie od geograficznego
rozmieszczenia użytkowników i wykorzystywanych urządzeń
transmisyjnych, bezpieczniejsze może okazać się umieszczenie
węzłów centralnych tak, aby zminimalizować odległości od
lokalizacji użytkowników
Topologie hybrydowe
Łączenie wielu topologii jest szczególnie przydatne w większych, bardziej
złożonych sieciach.
Nie
istnieją
ograniczenia
różnorodności
topologii
stosowanych w sieciach WAN.
Skuteczność każdej topologii
oraz
późniejsze
łączenie
różnych technologii sieci WAN
zależy bezpośrednio od danej
sytuacji
oraz
wymagań
dotyczących wydajności.
Tendencje do hybrydyzacji
występują
szczególnie
w
sieciach wielowarstwowych.