Sieci WAN - definicje

Transkrypt

1 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).

2 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.

3 Parametry sieci WAN cz. II Jedną z ważniejszych metryk w sieciach WAN jest natężenie 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, 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 do ił wolnej lokalizacji.

4 Parametry sieci WAN cz. III Opóźnienie to czas między dwoma 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.

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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).

10 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. B r a m a X. 2 5 X. 2 5 PEV L A N D C E CSU/DSU H o s t D C E P S P D N D C E X. 2 5 P A D CSU/DSU X. 2 5

11 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.

12 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 na określenie pojemności kanału transmisyjnego wyrażoną w bps C = B log ( S ) N S N współczynnik sygnał/szum mierzony w decybelach ( dla kanału głosowego przyjmuje się wartość 30 db) Maksymalna pojemność dla kanału głosowego wynosi więc bps

13 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 Szerokość pasma Mbps DS-0 0,064 1 DS-1 1, DS-1C 3, DS-2 6, DS-3 44, DS-4 274, Liczba kanałów głosowych

14 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 Szerokość pasma Mbps CEPT-1 2, CEPT CEPT-3 34, CEPT-4 139, CEPT-5 565, Liczba kanałów głosowych Linia nośnika optycznego Szerokość pasma Mbps OC-1 51,84 OC-3 155,52 OC-9 466,56 OC ,08 OC ,12 OC OC OC 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

15 Topologie sieci WAN Topologia sieci WAN opisuje organizację urządzeń transmisyjnych względem lokalizacji połączonych za ich pomocą. Wyróżnia się siedem podstawowych topologii sieci WAN: każdy z każdym, pierścienia, gwiazdy, oczek pełnych, oczek częściowych, wielowarstwową, w tym dwu i trójwarstwową, hybrydową.

16 Topologia każdy z każdym Sieć rozległa o topologii "każdy z każdym" 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.

17 Topologia pierścienia Topologię pierścienia można w prosty sposób uzyskać z topologii każdy zkażdym, 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.

18 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 każdy z każdym. 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

19 Topologia oczek pełnych Technologia ta daje największą znaną niezawodność i odporność na uszkodzenia. 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.

20 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.

21 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 każdy z każdym.

22 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 każdy z każdym 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

23 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.