Modelowa sieć Metro Ethernet na potrzeby obsługi IT jednostek administracji samorządowej

Transkrypt

1 Z a k ł a d S i e c i ( Z - 2 ) WYBRANE ASPEKTY ELEKTRONICZNEJ ŁĄCZNOŚCI MULTIMEDIALNEJ STOSOWANEJ W NOWOCZESNYCH JEDNOSTKACH SAMORZĄDOWEJ ADMINISTRACJI PUBLICZNEJ Zadanie nr 1 Modelowa sieć Metro Ethernet na potrzeby obsługi IT jednostek administracji samorządowej Praca nr Warszawa - Miedzeszyn Grudzień 2008 r.

2

3 Zakład Sieci (Z-2) Zadanie nr 1 Modelowa sieć Metro Ethernet na potrzeby obsługi IT jednostek administracji samorządowej Praca nr Kierownik projektu: mgr inŝ. Dariusz Gacoń Opracował zespół w składzie: mgr inŝ. Konrad Sienkiewicz kierownik zadania mgr inŝ. Mariusz Gajewski mgr inŝ. Dariusz Gacoń inŝ. Waldemar Latoszek Warszawa - Miedzeszyn Grudzień 2008 r.

4 1 WPROWADZENIE CHARAKTERYSTYKA SIECI METRO ETHERNET TOPOLOGIA SIECI METRO ETHERNET Węzeł U-PE (User Provided Edge) Węzeł PE-AGG (Provider Edge Aggergation) Węzeł N-PE (Network Provider Edge) Węzeł Provider Core (P) Topologia Gigabit Ethernet Hub-and-Spoke Topologia Gigabit Ethernet Ring Usługi w sieci Metro Ethernet Usługa EPL USŁUGA ERS Usługa ERS Usługa EMS CHARAKTERYSTYKA URZĄDZEŃ W SIECI METRO ETHERNET NA PODSTAWIE URZĄDZEŃ CISCO CHARAKTERYSTYKA PRZEŁĄCZNIKA CATALYST CISCO 3400 ME CHARAKTERYSTYKA PRZEŁĄCZNIKA CATALYST CISCO 3750 ME CHARAKTERYSTYKA PRZEŁĄCZNIKA CATALYST CISCO 4500 ME CHARAKTERYSTYKA PRZEŁĄCZNIKA CATALYST CISCO 6500 ME ROUTER BRZEGOWY METRO ETHERNET CISCO ZARZĄDZENIA I UTRZYMANIA W SIECI METRO ETHERNET MOśLIWOŚĆ ZAPEWNIANIA QOS W SIECI METRO ETHERNET BEZPIECZEŃSTWO W SIECI METRO ETHERNET ZARZĄDZANIE SIECIAMI METRO ETHERNET MOśLIWOŚCI WYKORZYSTANIA METRO ETHERNET DLA POTRZEB ADMINISTRACJI SAMORZĄDOWEJ ZAŁOśENIA (ORGANIZACYJNE) MODEL SIECI METRO ETHERNET Węzeł CPE (Urządzenia klienckie) Urządzenia szkieletowe PE Urządzenia agregujące ruch (Router) Internet Exchange Point Zabezpieczenia Firewall Sieć dostępowa - warstwa fizyczna Aplikacje Połączenie operatorów lokalnych do sieci OSZACOWANIE WSTĘPNE KOSZTÓW INWESTYCJI KOSZTY REALIZACJI WĘZŁA W LOKALIZACJI GŁÓWNEJ KOSZTY URZĄDZEŃ SIECI METRO ETHERNET Koszt węzłów szkieletowych (poza węzłem w lokalizacji głównej) Koszt realizacji węzłów dostępowych (CPE) KOSZTY POŁĄCZENIA LOKALIZACJI PODSUMOWANIE KOSZTÓW BUDOWY SIECI METRO ETHERNET PODSUMOWANIE DOKUMENTY ODNIESIENIA WYKAZ SKRÓTÓW

5 1 Wprowadzenie Realizacja niniejszego zadania jest kontynuacją dotychczasowych prac Instytutu Łączności w zakresie aspektów sieciowych oraz infrastruktury społeczeństwa informacyjnego, w tym szczególnie e-administracji. Wpisuje się równieŝ, w obecne trendy rynkowe w zakresie budowy sieci teleinformatycznych. MoŜna obecnie dostrzec, Ŝe tradycyjne sieci rozległe są zastępowane sieciami pracującymi z przepustowościami typowymi dla sieci lokalnych, które coraz częściej budowane są w technologii Metro Ethernet w miejsce starych sieci np.: Frame Relay. To z kolej przyczynia się od tego, Ŝe sieci metropolitarne to jeden z najbardziej dynamicznie rozwijających się segmentów rynku sieci komputerowych. Sieci metropolitalne znajdują równieŝ duŝe zastosowanie jako sieci teleinformatyczne na potrzeby jednostek samorządu terytorialnego, działających np. w obrębie powiatu, czy teŝ większych miast. Budowa takiej sieci łączącej poszczególne jednostki samorządu terytorialnego (np.: urząd powiatu z urzędami gmin) oraz jednostek podległe samorządowi (np.: szkoły, szpitale) pozwala na uzyskanie powaŝnych oszczędności w funkcjonowaniu miasta. Wynikają on m.in. z moŝliwości wykorzystania jednej sieci podkładowej Metro Ethernet nie tylko dla transmisji danych pomiędzy Jednostkami Samorządu Terytorialnego, ale równieŝ do realizacji takich zadań jak monitoring miasta, Centrum Zarządzania Kryzysowego, budowy sieci telemetrycznych zakładów komunalnych, budowa E-Urzędu, czy zapewnienie powszechnego dostępu do Internetu dla mieszkańców. Budowę takich sieci metropolitalnych do tej pory zrealizowało wiele miast europejskich, w tym równieŝ miasta polskie. W przypadku Polski, z uwagi na moŝliwość uzyskania duŝego dofinansowania projektów związanych z budową infrastruktury społeczeństwa informacyjnego z funduszy strukturalnych UE, waŝne jest, by zostały wypracowane modele gotowych rozwiązań, które jednostki administracji publicznej mogłyby w prosty sposób adoptować do swoich potrzeb. W związku z tym, głównym celem prac w ramach niniejszego zadania, było opracowanie projektu modelowej sieci w technologii Metro Ethernet dla typowych zastosowań w administracji samorządowej. Przeanalizowano równieŝ korzyści i wady oraz zakres stosowalności tej technologii w kontekście zastosowań w sieciach IT administracji samorządowej. Realizując ww. cel pracy w ramach niniejszego zadania wykonano: zwięzłą charakterystykę sieci Metro Ethernet, z opisem typowych topologii i usług realizowanych w sieci Metro Ethernet; charakterystykę przykładowych urządzeń do budowy Metro Ethernet analizę zagadnień związanych z zarządzaniem; projekt przykładowej implementacji sieci Metro Ethernet na potrzeby jednostek samorządu terytorialnego; wstępne oszacowanie kosztów budowy sieci Metro Ethernet na potrzeby jednostek samorządu terytorialnego. 4

6 2 Charakterystyka sieci Metro Ethernet 2.1 Topologia sieci Metro Ethernet Budowa sieci miejskiej moŝe odbywać się na wiele sposobów. Wynika to z uwarunkowań lokalnych, istniejących i planowanych połączeń światłowodowych, posiadanych urządzeń etc. W zaleŝności od wymagań oraz obszaru, na którym dana sieć jest budowana, stosowane są róŝnego rodzaju technologie. Podstawowa technologia dostępową stosowana w budowie sieci Metro jest Ethernet, stad często stosowana jest nazwa rozwiązania: Metro Ethernet. Ethernet wykorzystywany jest do realizacji ostatniej mili do uŝytkownika, jak równieŝ do budowy połączeń szkieletowych w sieci MAN. Niekiedy sieć Metro Ethernet jest porównywana z duŝą siecią kampusową. Wynika to faktu, Ŝe podstawowa wyspa sieci w niektórych przypadkach moŝe przypominać struktury sieci LAN. Sieć Metro Ethernet róŝni się jednak znacząco od sieci Ethernet. Dotyczy to przede wszystkim usług realizowanych w sieci oraz sposobu organizacji ruchu. PoniŜszy schemat Rysunek 1 obrazuje poszczególne zaleŝności w sieci Metro Ethernet. Jak widać, dość wyraźnie zarysowuje się granica pomiędzy urządzeniami operatora oraz urządzeniami klienta. Ponadto w sieci Metro pojawia się dodatkowa warstwa łącząca poszczególne wyspy, jak równieŝ struktury oparte o pierścienie, które nie maja szerokiego zastosowania w sieciach kampusowych. Innym wyróŝnikiem sieci Metro Ethernet w porównaniu do sieci kampusowych jest bardzo duŝy udział technologii światłowodowych w strukturach sieciowych, m.in. pierścienie światłowodowe tworzone z wykorzystaniem technologii DWDM - multipleksacji z przydziałem długości fali. Rysunek 1 Schemat ogólnej architektury sieci Metro Ethernet Przy budowie sieci Metro Ethernet naleŝy jednoznacznie wyróŝnić typy urządzeń, które będą wykorzystane do budowy takiej sieci: 5

7 2.1.1 Węzeł U-PE (User Provided Edge) Ten styk stanowi punkt, gdzie kończy się sieć zarządzana przez operatora, a zaczyna się sieć klienta. W większości przypadku U-PE stanowią urządzenia przełączające w warstwie drugiej (przełączniki sieciowe) lokowane w siedzibie klienta (biurowiec, dom mieszkalny), ale zarządzane przez operatora sieci. Krytycznym jest, aby urządzenia U-PE były zabezpieczone fizycznie przed niepowołanym dostępem. Do podstawowych funkcji realizowanych przez U-PE naleŝy zaliczyć: dostarczenie wielu interfejsów (UNI) dla przyłączenia urządzeń klienta (CE Customer Equipment), określenie usług sieci przez zapewnienie tunelowania 802.1Q (np. Q-in-Q), oraz funkcji tagowania 802.1Q na interfejsie UNI, zapewnienie realizacji kontraktów SLA przez wsparcie dla usług klasyfikacji, policingu, znakowania (marking) oraz kolejkowania, zarządzanie przeciąŝeniami ruchu sieciowego Węzeł PE-AGG (Provider Edge Aggergation) Warstwa PE-AGG jest warstwą opcjonalną w sieciach Metro Ethernet. Stosuje się ją w duŝych sieciach, gdzie jest ona lokowana pomiędzy U-PE oraz N-PE. Do podstawowych funkcji PE naleŝy zaliczyć: efektywna agregacje ruchu, multipleksację ruchu oraz zarządzanie w przypadku przeciąŝeń, local switching dla usług Ethernet. Urządzenia PE-AGG są stosowane w konfiguracji redundantnej: tzn. urządzenia U-PE są dołączane do dwóch niezaleŝnych urządzeń PE-AGG (dla podniesienia poziomu niezawodności sieci). Warto równieŝ podkreślić, Ŝe urządzenia PE-AGG mogą pełnić rolę U-PE dla klientów instytucjonalnych Węzeł N-PE (Network Provider Edge) N-PE jest to punkt w sieci, gdzie terminowane są usługi sieciowe realizowane w warstwie 2 modelu OSI, a zaczynają być realizowane usługi warstwy trzeciej typowe usługi rdzenia sieci. N-PE styka się z urządzeniami realizującymi funkcje U- PE oraz urządzeniami P realizującymi rdzeń MPLS. Urządzenia N-PE zapewniają m.in. mapowanie sieci VLAN (zarządzanych przez operatora) do EoMPLS (Ethernet over MPLS) dla usług punkt-punkt oraz VPLS dla usług punkt-wielopunkt. Do podstawowych funkcjonalności N-PE naleŝy zaliczyć: bramę do MPLS i usług opartych o IP, definicję usług VPLS i VPWS, local switching dla usług Ethernet, tworzenie sieci VPN warstwy 3, zaawansowane zarzadząnie ruchem w sieci, równowaŝenie obciąŝenia (load-balancing) pomiędzy ścieŝkami EoMPLS. 6

8 2.1.4 Węzeł Provider Core (P) Urządzenia P to routery rdzeniowe, które operują na znacznikach MPLS (MPLS Switching). Rdzeń sieci operatorskiej obejmuje szereg routerów P oraz urządzeń N- PE połączonych w konfiguracji partial lub full-mesh. Do podstawowych funkcji routerów P naleŝy zaliczyć: zapewnienie stabilnych połączeń rdzeniowych realizacja połączeń pomiędzy N-PE zapewnienie skalowalnej struktury dla realizacji usług L2 VPN oraz MPLS VPN wsparcie dla zaawansowanych mechanizmów zarządzania ruchem Load balancing pomiędzy ścieŝkami MPLS Urządzenia U-PE, PE-AGG, N-PE oraz P mogą pracować w róŝnych topologiach sieciowych. Struktury rozwaŝane jako moŝliwe do zastosowania w sieciach dla samorządów lokalnych to Gigabit Ethernet Hub-and-Spoke oraz Gigabit Ethernet Ring. Inne modele budowy sieci metropolitarnych takie jak np. Ethernet over SONET/SDH znajdują zastosowanie w sieciach operatorów dysponujących juŝ siecią transportową, a usługi Metro Ethernet mają być przez tą sieć przeniesione Topologia Gigabit Ethernet Hub-and-Spoke Rysunek 2 Architektura topologii Hub-and-Spoke fragmentu sieci Metro Ethernet Hub-and-Spoke jest najpopularniejszą topologią budowy sieci. Wynika to m.in. z ogromnego doświadczenia w tworzeniu sieci opartych o ten model pochodzącego ze środowiska sieci kampusowych. W tym modelu urządzenia sieciowe instalowane w lokalizacji klientów są łączone do dwóch urządzeń agregujących celem uzyskania niezbędnej w takich sieciach redundancji. Rysunek 2 obrazuje przykładowe połączenia w tej topologii. 7

9 2.1.6 Topologia Gigabit Ethernet Ring Rysunek 3 Architektura topologii pierścienia fragmentu sieci Metro Ethernet Jest to topologia typowa dla sieci Metro Ethernet. Rzadko, w implementacjach sieci kampusowych stosowana jest technika Ethernet Ringu. Topologia ta została wymuszona przez istniejące struktury okablowania, która w wielu przypadkach tworzyła pierścienie. Jak wskazuje nazwa, w tej topologii przełączniki łączone są w pierścień, a podstawowa przyczyna stosowania tej technologii w porównaniu do Huband-Spoke jest koszt. Topologia pierścienia wymaga mniejszych nakładów na strukturę światłowodowa, wymaga mniej interfejsów w urządzeniach rdzeniowych. Za niŝszym kosztem stoją jednak konkretne konsekwencje: współdzielenie pasma w pierścieniu przez wszystkie przełączniki, opóźnienia i jitter w aplikacjach głosowych są zmienne i zaleŝą od połoŝenie przełącznika w pierścieniu. Dodatkowo naleŝy równieŝ dobrze przygotować projekt oraz bacznie obserwować sieć pod kątem Spanning Tree. Pomimo faktu, Ŝe STP dla topologii H&S jak i dla topologii pierścienia funkcjonuje tak samo, to wymagania czasu konwergencji powodują, Ŝe znacznie więcej czasu i uwagi kosztuje przygotowanie dobrego projektu sieci w oparciu o pierścień. Wymagania czasu konwergencji (czas odbudowy połączeń logicznych po awarii) powodują równieŝ obostrzenia dotyczące ilości przełączników w pierścieniu. Dla implementacji 802.1s/w ten limit wynosi 20sek, chociaŝ sam standard dopuszcza 40sek. W przypadku 802.1d zaleca się by w pierścieniu nie pracowało więcej niŝ 6-8 przełączników. Rysunek 3 przedstawia topologie Gigabit Ethernet Ring Usługi w sieci Metro Ethernet W sieci Metro Ethernet moŝliwa jest realizacja róŝnych usług związanych z moŝliwością tworzenia sieci logicznych. Usługi te dotyczą moŝliwości konfiguracji logicznych połączeń w warstwie 2 oraz 3 typu: punkt-punkt, punkt - wielopunkt oraz wielopunkt - wielopunkt niezaleŝnie od warstwy fizycznej Podziału usług dokonano na podstawie propozycji firmy Cisco, której to urządzenia posiadają certyfikaty MEF. W urządzeniach Cisco moŝliwa jest konfiguracja następujących usług: 8

10 Ethernet Private Line EPL, Ethernet Wire Service EWS, Ethernet Relay Service ERS, Ethernet Multipoint Service EMS, Ethernet Relay Multipoint Service ERMS Usługa EPL Rysunek 4 Schemat realizacji usługi EPL w sieci Metro Ethernet Usługa EPL, której schemat został przedstawiony na Rysunek 4 jest przeznaczona dla realizacji połączeń punkt-punkt pomiędzy dwoma lokalizacjami. W ramach tej usługi zapewniona jest gwarantowana minimalna przepływność. Usługa ta jest wykorzystywana jako transparentne połączenie sieci LAN wraz z integracją danych. Istnieje moŝliwość tworzenia transparentnych sieci VLAN. Jako warstwa fizyczna występuje tu najczęściej SONET/SDH lub łącze światłowodowe WDM. Jako urządzenia klienckie CPE stosowane są najczęściej routery lub mosty sieciowe. 2.2 Usługa ERS Rysunek 5 Schemat realizacji usługi EWS w sieci Metro Ethernet Usługa EWS Rysunek 5 stanowi połączenie punkt-punkt pomiędzy dwoma miastami (czasami nazywana jest EVC). Usługa ta róŝni się od EPL tym, iŝ jest dostarczana za pomocą infrastruktury sieciowej operatora najczęściej obsługiwanej poprzez protokoły IP/MPLS, która jest współdzielone przez wielu klientów. DuŜą zaletą tej usługi jest moŝliwość szerokiego wyboru przez klienta określonej minimalnej przepływności. W celu zapewnienia prywatności klientów usługodawca tej 9

11 sieci separuje ruch generowany przez róŝnych klientów poprzez przypisanie róŝnych VLAN do róŝnych połączeń EVC. Usługa EWS jest usługą opartą na portach. Wszystkie pakiety od danego klienta są transmitowane w sposób transparentny do określonego portu przeznaczenia. Jako urządzenia klienckie CPE stosowane są najczęściej routery lub mosty sieciowe Usługa ERS Rysunek 6 Schemat realizacji usługi ERS w sieci Metro Ethernet Zasadniczą róŝnicą usługi ERS Rysunek 6 od EWS jest wprowadzenie moŝliwości multipleksacji połączeń na jednym interfejsie uŝytkownika UNI (Universal Network Interface). Połączenie pomiędzy urządzeniem klienckim a switchem dostępowym jest skonfigurowane jako VLAN trunk. Istnieje przez to moŝliwość otrzymania konfiguracji połączeń punkt wielopunkt pokazanej na Rysunek 6. KaŜdy VLAN tego klienta jest mapowany do EVC. Usługa ta ma zastosowanie do realizacji połączeń w sieci pomiędzy klientami w róŝnych sieciami Metro Ethernet. W sieci szkieletowej IP/MPLS połączenie realizowane jest w oparciu o VPN warstwy 2 lub Usługa EMS Rysunek 7 Schemat realizacji usługi EMS w sieci Metro Ethernet Usługa EMS Rysunek 7 stanowi wersję połączenia wielopunkt-wielopunkt usługi EWS (pod względem technicznym niczym nie róŝni się od EWS). Urządzenie klienta CPE ma moŝliwość transparentnej komunikacji z klientami w wielu lokalizacjach. W obrębie takiej sieci wirtualnej moŝliwa jest komunikacja kaŝdy z kaŝdym. Usługa ta inaczej nazywana jest VPLS i jest realizowana przez urządzenia brzegowe sieci Metro Ethernet. 10

12 3 Charakterystyka urządzeń w sieci Metro Ethernet na podstawie urządzeń Cisco 3.1 Charakterystyka przełącznika Catalyst Cisco 3400 ME Przełączniki serii ME 3400 mogą słuŝyć w infrastrukturze sieciowej sieci Metro Ethernet jako urządzenia klienckie instalowane w instytucjach o róŝnym charakterze pracy i wielkości Jeden z modeli tej serii - przełącznik Ethernet o nazwie ME FS zawiera 24 porty wspierające miedziane połączenia Fast Ethernet (100 Mb/s) lub połączenia światłowodowe oparte na technologii SFP (Small Form-factor Pluggable) oraz 2 gigabitowe porty Ethernet typu SFP. Urządzenie ma do dyspozycji procesor przełączania pracujący z szybkością 8,8 Gb/s. Oprogramowanie zarządzające przełącznikiem wspiera następujące funkcjonalności: QoS (Quality of Service), rozsyłanie pakietów w trybie multicast, opcje bezpieczeństwa, tunelowanie 802.1Q, Layer 2 Protocol Tunneling, routing IP routing i VPN. 3.2 Charakterystyka przełącznika Catalyst Cisco 3750 ME Catalyst 3750 ze względu na swoje cechy jest typowym urządzeniem słuŝącym do koncentrowania gigabitowych połączeń w warstwie dostępowej. Wynika to ze stosunkowo duŝego upakowania portów 10/100/1000 RJ45. DuŜą liczbę portów dostępowych, efektywnie przełączanych moŝna uzyskać dzięki technologii stackowania wprowadzonej w tym modelu. Mogą one mieć zastosowanie jako przełączniki klienckie, jak równieŝ warstwie dostępowej. Podstawowe parametry techniczne przełączników 3750 ME to: liczba interfejsów w zaleŝności od modelu: o model TS 24 Fast Ethernet, 2 SFP, o model TS 48 Fast Ethernet, 4 SFP, o model 3750G-12S-SD 12 SFP, maksymalna przepustowość: o model TS mpps, o model TS 13 mpps, o model 3750G-12S-SD mpps. 3.3 Charakterystyka przełącznika Catalyst Cisco 4500 ME Przełączniki 4500 ME są najczęściej stosowane jako.węzły sieci PE w odniesieniu do terminologii sieci Metro Ethernet. Mogą stanowić węzeł sieci dla miasta powiatowego lub małego miasta wojewódzkiego. Podstawowe parametry przełączników serii 4500 ME to: liczba interfejsów 4 GE (SFP) oraz 2 interfejsy 10GE, moŝliwość rozbudowania poprzez instalacje kart liniowych (np. ME-X4624-SFP-E 11

13 posiadająca 24 interfejsy 1GE SFP oraz WS-X4606-X2-E posiadająca 6 interfejsów 10GE) maksymalna przepustowość 320 Gbps oraz 250 mpps pamięć RAM 512MB z moŝliwością rozbudowania do 1 GB wsparcia w zakresie standardów 802.1Q, 802.1p, QoS w warstwie 2 (dostępne jest 8 kolejek sprzętowych na port), wsparcie technologii MPLS - moŝliwość tworzenia tuneli EoMPLS oraz tuneli MPLS VPN 3.4 Charakterystyka przełącznika Catalyst Cisco 6500 ME Przełączniki serii ME 6500 to przełączniki Ethernet, które operatorzy mogą stosować zarówno w warstwie agregującej ruch pakietów, jak i warstwie zapewniającej dostęp do usług. Mogą one stanowić węzeł agregacyjny dla miasta wojewódzkiego. Są to urządzenia zoptymalizowane pod kątem świadczenia usług typu triple play (transfer obrazów wideo, głosu oraz danych) i VPN, wykorzystując do tego celu światłowody. Rozwiązanie posiada certyfikat MEF9 Carrier Ethernet wydawany przez Metro Ethernet Forum (MEF)..Podstawowe parametry techniczne tego urządzenia to: Liczba interfejsów w zaleŝności od ilości slotów dla róŝnych modeli wynosi: o model interfejsów 1GE (SFP), 2 interfejsy 10GE, o model 6503-E -98 interfejsów 1GE (SFP), 8 interfejsów 10GE, o model 6506-E -242 interfejsów 1GE (SFP), 20 interfejsów 1GE, o model 6509-E -386 interfejsów 1GE (SFP), 32 interfejsów 10GE, o model 6509-NEB-A -384 interfejsów 1GE (SFP), 32 interfejsów 10GE, o model 6513-E interfejsów 1GE (SFP), 20 interfejsów 10GE, maksymalna przepustowość 720-Gbps, wsparcie standardów 802.1Q, 802.1p, wsparcie technologii MPLS - moŝliwość tworzenia tuneli EoMPLS oraz tuneli MPLS VPN, w zakresie bezpieczeństwa urządzenie wyposaŝone jest w moduły firewall, IDS oraz IPsec VPN. 3.5 Router brzegowy Metro Ethernet Cisco 7600 Do połączenia sieci Metro Ethernet z sieciami innych operatorów konieczne jest zastosowanie routera na brzegu sieci metropolitalnej. Routery Cisco z serii 7600 mogą słuŝyć jako routery brzegowe w Metro Ethernet. Wydajność tych routerów jest zapewniona dzięki dodatkowym modułom wspierającym sprzętowo przełączanie pakietów. Moduły te wyposaŝone zostały w zaprojektowaną pod tym kątem kartę przełączającą, bazującą na technologii układów scalonych ASIC. Komunikacja z kartami liniowymi odbywa się poprzez matrycę przełączającą "Switch Fabric" o przepustowości 720 Gbps lub przez współdzieloną 32 Gbps magistralę danych. RSP 720 dostarcza szeroką gamę wspieranych sprzętowo usług IP, takich jak: IP 12

14 forwarding, L2 i L3 MPLS VPNs, Ethernet over MPLS (EoMPLS) oraz (QoS) wraz z funkcjami bezpieczeństwa. System pracujący pod kontrolą modułu zarządzającego RSP 720, wykorzystującego sprzętowe wsparcie przełączania IPv4, IPv6 Unicast i Multicast, Multiprotocol Label Switching (MPLS) moŝe osiągnąć przepustowość do 400 Mpps, przy współpracy z kartami liniowymi z zainstalowanymi modułami DFC (Distributed Forwarding Card). Routery posiadają budowę modularną i w zaleŝności od serii mogą być wyposaŝone w odpowiednią liczbę slotów umoŝliwiających rozbudowę urządzenia. W przypadku omawianego routera moŝliwe jest rozbudowanie urządzenia o maksymalnie 13 slotów, w których mogą być instalowane karty z interfejsami 1GE oraz 10GE. 4 Zarządzenia i utrzymania w sieci Metro Ethernet 4.1 MoŜliwość zapewniania QoS w sieci Metro Ethernet Zapewnienie jakości usług (QoS Quality of Service), określa zdolność sieci do zagwarantowania pewnych parametrów transmisji dla wskazanego typu ruchu, bez względu na aktualną technologię podkładową (Ethernet 802.1, SDH czy sieć MPLS). QoS pozwala na stworzenie odrębnej usługi sieciowej poprzez: zapewnienie dedykowanego pasma, zmniejszenie ilości gubionych pakietów, unikanie i zarządzanie przeciąŝeniami w sieci, Kształtowanie (shaping) ruchu w sieci, Ustawianie i honorowanie priorytetów w całej sieci. Model QoS dla sieci Metro Ethernet został oparty o QoS Architecture Baseline EDCS RóŜnicowanie usług jest moŝliwe na podstawie informacji przenoszonej przez kaŝdy pakiet IP (IP Precendence, Diff-Serv DSCP) lub ramkę Ethernet (Class of Service CoS). Honorowanie tej informacji w całej sieci umoŝliwia zapewnienie odpowiedniej jakości transmisji dla określonego typu ruchu. Odbywa się ona za pośrednictwem szeregu mechanizmów pozwalających na klasyfikację, oznaczanie, kształtowanie i wymuszanie określonego ruchu (policing), a następnie inteligentne kolejkowanie tego ruchu na portach urządzenia (queuing). W modelu Metro Ethernet stosowane są następujące rodzaje narzędzi QoS: klasyfikacja i oznaczanie (Classification and Marking) pozwalające na rozpoznanie ruchu i przypisanie do odpowiedniej klasy, a następnie oznaczenie, kształtowanie ruchu (Traffic Conditioning) zastosowanie mechanizmów shaping i policing pozwala na uzyskanie znany m.in. z Frame Relay gwarancji pasma CIR i PIR, unikanie przeciąŝeń(congestion Avoidance) wykorzystuje narzędzia Random Early Detection pozwalające na zarządzanie przepływającym ruchem dla uniknięcia przeciąŝenia, zarządzanie przeciąŝeniami (Congestion Management) bardzo często sprowadza się do wprowadzenia mechanizmów inteligentnego kolejkowania. 13

15 4.2 Bezpieczeństwo w sieci Metro Ethernet Sieć Metro Ethernet będąc siecią usługową ma znacząco podniesione wymagania związane z bezpieczeństwem i dostępnością. Wynika to chociaŝby z faktu, Ŝe uŝytkownik sieci Metro Ethernet moŝe posiadać na swojej stacji roboczej dowolną liczbę aplikacji mających na celu uniemoŝliwienie poprawnej pracy sieci, z drugiej strony oczekiwać ciągłości jej pracy. Operator musi uszanować oczekiwania klienta, jednak nie moŝe wymagać uległości. Do typowych ataków, które mają miejsce w sieciach kampusowych i sieciach Metro Ethernet, naleŝy zaliczyć: MAC attack, PDU Storm, VLAN Hopping, Native VLAN Broadcast Storm, ARP Attack, STP Attack, VLAN Leaking. Przeciwko typowym atakom stosuje się szereg mechanizmów pozwalających uniknąć niepoŝądanych zachowań sieci. Do tych urządzeń naleŝy zaliczyć np. STP RootGuard, listy dostępowe oparte o adres MAC, zmiana numeru Native VLAN na nietypowy, per-vlan MAC limiting, Dynamic ARP inspection itp. Niektóre mechanizmy są wykorzystywane zarówno dla zapewnienia bezpieczeństwa jak równieŝ dla zagwarantowania dostępności sieci. STP RootGuard i STP LoopGuard słuŝą takŝe do zapewnienia kontrolowanej rekonfiguracji sieci w przypadku awarii łącz. Jednak typowymi mechanizmami zapewnienia dostępności sieci są 802.1s/w, grupowanie portów 802.3ad (LACP0 Link Aggregation Control Protocol), czy UDLD (Unidirectional Link Detection). 4.3 Zarządzanie sieciami Metro Ethernet Narzędzia zarządzające powinny umoŝliwiać operatorowi efektywne zarządzanie siecią. Składają się na to zarówno narzędzia zarządzające, jak i procesy. Zasadniczo w większości systemów zarządzania naleŝy wyróŝnić 5 komponentów, które są niezbędne do uzyskania poŝądanej funkcjonalności: Centrum Zarządzania Siecią (Network Operations Center NOC), sieć komunikacji z urządzeniami zarządzanymi (Data Communications Network (DCN), aplikacje zarządzania i synchronizacji czasu, zarządzanie zasobami (Resource Management and Operations - RM&O), zarządzanie usługami (Service Management and Operations SM&O). Poza powyŝszymi moŝna jeszcze wyróŝnić takie aplikacje jak CRM (Customer Relationship Management) czy podobna aplikacje dla współpracy z firmami partnerskimi - Partner Relationship Management. Nie są one jednak niezbędne dla prawidłowego planowania, wdraŝania i zarządzania siecią z technicznego punktu widzenia, a jedynie wspierają biznesowe aspekty działania operatora. 14

16 5 MoŜliwości wykorzystania Metro Ethernet dla potrzeb administracji samorządowej 5.1 ZałoŜenia (organizacyjne) Sieć Metro Ethernet z powodzeniem moŝe znaleźć zastosowanie jako sieć informatyczna dla potrzeb jednostek administracji publicznej szczebla samorządowego. W ramach niniejszego projektu opracowano wstępny projekt hipotetycznej sieci teleinformatycznej na potrzeby jednostek samorządu terytorialnego zbudowaną w oparciu o technologię Metro Ethernet. ZałoŜono, Ŝe wielkość tej sieci odpowiadać będzie zwymiarowana pod kątem zastosowań w typowym powiecie lub w większych miastach. Sieć ta słuŝyć będzie zarówno dla potrzeb samych jednostek (np.: połączenia urzędów gminnych z urzędem powiatowym) jak i połączenia z jednostkami podległymi samorządowi (np.: szkoły). Do budowanej sieci potencjalnie mogą być przyłączone: jednostki samorządu terytorialnego: o urząd powiatowy (wszystkie lokalizacje); o urzędy gminne; o urzędy miejskie; jednostki podległe jednostkom samorządu terytorialnego : o szpitale i przychodnie (ochrona zdrowia); o szkoły, przedszkola, biblioteki (oświata); o straŝ miejska; o inne nadzorowane instytucje np.: wodociągi; instytucje porządku publicznego: o Policja o StraŜ poŝarna Zakłada się, Ŝe lokalizacje ww. instytucji dołączone zostaną do sieci szerokopasmowej w technologii Metro Ethernet. Łącza dostępowe mogą być realizowane w oparciu o budowę lub dzierŝawę: Kabli lub przewodów w kablach miedzianych; Kabli lub włókien w kablach światłowodowych; Kanałów transmisyjnych w sieciach innych operatorów. Zakładamy, Ŝe w ramach sieci świadczone będą róŝne typy usług elektroniczny obieg dokumentów - utworzenie jednej aplikacji dla wszystkich urzędów (elektroniczny obieg dokumentów) aplikacje związane z e-health (np. zdalne konsultacje pomiędzy specjalistami w róŝnych szpitalach) wspólna sieć VoIP dla wszystkich instytucji wspólny bezpieczny dostęp do Internetu 15

17 sieci VPN dla poszczególnych uŝytkowników dostęp do rejestrów państwowych (np.: CEPIK, PESEL) Dla dalszych prac przyjęto następujące załoŝenia szczegółowe: 1. Sieć szkieletową tworzy 5 węzłów. Wszystkie te węzły znajdować się będą w głównych lokalizacjach urzędu (np.: urząd powiatowy i urzędy gminne). Zakładamy, Ŝe w urzędach tych znajdują się pomieszczenia przystosowane do zainstalowania urządzeń sieci (klimatyzowane serwerownie stosownie zabezpieczone przed dostępem osób niepowołanych). Wszystkie węzły szkieletowe połączone są siecią światłowodową. 2. W lokalizacji jednego z węzłów szkieletowych (lokalizacja główna) znajdować się będą serwery usługowe sieci Metro Ethernet oraz realizowany będzie styk z innymi sieciami (telefoniczną, Internet, Peselnet ). W lokalizacji tej znajdować się będzie równieŝ centrum zarządzania siecią. 3. W sieci będzie 25 węzłów dostępowych zlokalizowanych w pozostałych instytucjach. Lokalizacje te zostaną dołączone do sieci łączem dowolnej technologii. W tym przypadku kryterium decydującym powinna być analiza moŝliwości technicznych, potrzeb danej instytucji oraz kosztów realizacji łącza dostępowego 5.2 Model sieci Metro Ethernet Koncepcja budowy sieci zakłada wykorzystanie włókien światłowodowych, jako medium transmisyjnego do budowy sieci szerokopasmowej w centrum miasta, Istnieje dowolność w wyborze technologii dla połączeń pomiędzy urządzeniami CPE oraz PE. Jednocześnie sieć uwzględniać musi wymagania wynikające z konieczności budowy infrastruktury szerokopasmowej oraz moŝliwości wykorzystania projektowanej sieci jako platformy transportowej dla usług realizowanych w mieście. Urządzenia w oparciu o które realizowany jest ten model sieci to przełączniki Cisco Wszyscy uŝytkownicy znajdują się w jednej sieci IP, zaś adresy IP osiągane są za pośrednictwem jednego zlokalizowanego zdalnie serwera DHCP. Podstawowe załoŝenia modelu budowy sieci miejskiej w technologii Metro Ethernet szkielet sieci Metro Ethernet będzie utworzony za pomocą Ringu 10GE złoŝonego z 5 przełączników PE (Catalyst 3750 Metro Series) W warstwie dostępowej przewiduje się wykorzystanie istniejącej infrastruktury kablowej, a takŝe budowę światłowodów lub połączeń radiowych tylu punktpunkt warstwa agregacji opiera się na 2 urządzeniach (switchach Cisco ME 6500 Series) jak pokazana na dzięki czemu zapewniona jest redundancja Model dotyczy sieci miejskiej zakończonej węzłem N-PE (router Cisco serii 7600) zapewniającym dostęp do Internetu MoŜliwość separacji ruchu za pomocą tworzenia sieci logicznych W modelu uwzględniono podział sieci na logiczne sieci wirtualne - VLAN. Dla kaŝdej usługi sieciowej zostaje wykreowany osobna sieć wirtualna - VLAN jak pokazano na rysunku (Rysunek 8). Dla kaŝdego VLAN tworzony jest osobny EVC, w 16

18 ramach którego określane są klasa usługi parametry ruchu (CIR, EIR, opóźnienie, zmienność opóźnienia, dozwolony poziom strat) Na łączach pomiędzy routerami PE oraz CE transmitowane jest ruch z róŝnych VLAN przez co musi być zapewniona tam multipleksacja VLAN. W modelu przydzielenie kaŝdej usługi do osobnego VLAN. W modelu dokonano przykładowego przypisania usługi do osobnego VLAN, co pozwala to na kontrolę ruchu zdefiniowaną na switchach, a takŝe łatwość traktowania ruchu sieciowego odpowiednio dla kaŝdego VLAN. W modelu uwzględniono występowanie 4 VLANy: VLAN 1 - VoIP VLAN 2 - dostęp do internetu VLAN 3 aplikacja e-health, aplikacja elektroniczny obieg dokumentów, dostęp do rejestrów państwowych VLAN 4 Zarządzanie siecią 17

19 Rysunek 8 Infrastruktura teleinformatyczna modelu sieci Metro Ethernet 18

20 5.2.1 Węzeł CPE (Urządzenia klienckie) W skład urządzeń klienckich CPE będą wchodzić switche wyposaŝone w porty 1GE. Przykładowym urządzeniem, które moŝe zostać uŝyte do tych celów jest switch Catalyst Zostanie wykreowane 4 VLANy osobno dla kaŝdego portu switcha. Urządzenia CPE powinny być w stanie zapewnić odpowiednie traktowania przepływających pakietów, zgodnie z ich przynaleŝnością do zdefiniowanych klas QoS. Klasyfikacja odbywa się na podstawie pola Priority Code Point zdefiniowanego w standardzie IEEE 801.2p. Realizacja polityki QoS opierać się będzie na konfiguracji odpowiednich funkcji dostępnych w urządzeniu umoŝliwiających klasyfikację pakietów, kształtowanie i ograniczanie ruchu oraz kolejkowanie. JakoŜe urządzenie posiada 4 kolejki, moŝliwe jest zastosowanie klasyfikacji opartej o 4 klasy. Klasyfikacja ta moŝe opierać się na VLANach IEEE 802.1q. Oznacza to, Ŝe na podstawie identyfikatora VLAN zawartego w ramce ethernetowej następuje przyporządkowanie do odpowiedniej klasy ruchu. Dla kaŝdej klasy ruchu moŝliwa jest konfiguracja parametrów takich jak (np. maksymalna i minimalna przepływność, opóźnienie poziom utraty pakietów). Oprócz tego switch powinien wspierać oznaczanie pól (tagowanie) zgodne z IEEE 802.1q Urządzenia szkieletowe PE Jako węzły szkieletowe wybrane zostały urządzenia z serii Cisco Catalyst 4500, ich parametry zostały scharakteryzowane w 3.3. Z racji zapewnienia połączenia do wielu instytucji, konieczne jest rozbudowanie urządzenia o dodatkowe interfejsy 1GE lub 10 GE. Realizowane jest to poprzez dodatkową kartę liniową. Urządzenia te połączone są z kilkoma węzłami CPE oraz dwoma sąsiednimi PE lub PE-AGR jak na Rysunek 8. Łącze pomiędzy węzłami PE oraz CPE skonfigurowane jest jako VLAN trunk podobnie jak łącza PE-PE w ringu 10 GE. MoŜliwe jest dzięki temu bezkolizyjna transmisja za pomocą jednego łącza ramek ethernetowych z róŝnych VLANów. Urządzenia PE stanowią szkielet sieci Metro Ethernet. Powinny one podobnie jak urządzenia CPE zapewnić odpowiednie traktowania przepływających pakietów, zgodnie z ich przynaleŝnością do zdefiniowanych klas QoS. Klasyfikacja odbywa się na podstawie pola Priority Code Point zdefiniowanego w standardzie IEEE 801.2p Urządzenia agregujące ruch Jako przełączniki agregujące ruch uwzględniono w modelu urządzenia Catalyst Cisco 6500ME, które zostały opisane w 3.4. Warstwa agregująca wymaga uŝycia urządzeń o większej wydajności przełączania pakietów jak równieŝ odpowiednią liczbę interfejsów 1GE oraz 10GE, co jest zapewnione przez urządzenie 6500ME.. W przedstawionym modelu w warstwie agregującej powinno się uwzględnić przełącznik posiadający duŝą liczbę interfejsów, które mogą stanowić jako interfejsy zapasowe do podłączania operatorów lokalnych (Router) Internet Exchange Point Jako urządzenie realizujące styk z siecią Internet wybrany został w modelu router cisco 7600, który został scharakteryzowany w pkt 3.5. Z uwagi na dostatecznie duŝą wydajność zapewnianą poprzez układy przełączające występujące na kartach liniowych, urządzenie moŝe pełnić rolę routera brzegowego w modelu sieci Metro Ethernet. W modelu uwzględniono moŝliwość połączenia routera za pomocą interfejsów 10GE z przełącznikiem agregującym. W wyborze modelu tego urządzenia 19