InterEthernet: пути построения глобальной сети связи нового поколения

Существующая коммуникационная инфраструктура представляет собой совокупа различного оборудования (каналов связи, модемов, коммутаторов, маршрутизаторов и др.), и потому создание новейшей коммуникационной инфраструктуры, нужной для реализации новых информационных технологий, является первоочередной задачей, стоящей перед всеми государствами без исключения.

Долголетние пробы Интернационального телекоммуникационного союза (International Telecommunication Unit, ITU), который является подразделением ООН, сделать в качестве «фундамента» информационного общества Глобальную информационную инфраструктуру (Global Information Infrastructure, GII), практически провалились.

Разработка АТМ (база GII) признана неэффективной не только лишь в локальных сетях (LAN), где уже более 20 лет везде употребляется протокол Ethernet, но также и в городских сетях (MAN), реализующих протокол GigabitEthernet, который не только лишь в 2-3 раза дешевле протокола ATM, да и более прост в управлении.

Беря во внимание сложившиеся условия, Глобальная встреча (ВВУИО) в Тунисе (2005 г.) приняла документ «Тунисское обязательство для информационного общества», в каком, а именно, было признано, что в текущее время можно рассматривать «интернет как основной элемент инфраструктуры информационного общества, – общественный ресурс глобального масштаба».

Все же, стратегически веб можно рассматривать только как временное средство для построения информационного общества. У Сети есть ряд неискоренимых недочетов, таких, как: ограниченное число адресов IPv4 (из общего числа которых в 2,8 миллиардов. уже занято 81%, а весь ресурс будет исчерпан в 2010 г.), малый уровень безопасности, массовая рассылка ненужных сообщений (мусор), распространение вирусов и др.

В 2005 г. ведущие институты США инициировали проекты по созданию кандидатуры веба, а Государственный научный фонд (NSF) принял программку «Глобальная среда для сетевых нововведений (GENI)», в рамках которой выделил $10 млн. компании BBN Technology до 2010 г. для поисковых работ в этом направлении.

Но, в то же время, в неких странах (и организациях) уже осуществлен переход на протокол IPv6, в каком, не считая роста адресного места до 128 бит, были добавлены и другие сервисные способности. Все же, это решение можно признать прямолинейным («силовым»), потому что оно было изготовлено без анализа самой сетевой технологии, основанной на протоколе IP.

Сравнительный анализ сетевых технологий

За ранее нужно увидеть, что диалектическое единство анализа и синтеза определяется всеми философами (от Ф. Энгельса до М. Мамардашвили) в качестве нужной базы хоть какого процесса зания: исследования, проектирования, конструирования. Ранее в любом проекте по созданию новейшей техники в первом разделе нужно было сделать «Анализ современного состояния в данной области техники».

В Рф еще сначала 90-х годов прошедшего века был проведен сравнительный анализ существовавших в то время сетевых технологий. Выяснилось, что во всех сетях с коммутацией пакетов (веб, X25 и др.) употребляются два разных протокола: один, фактически, для коммутации пакетов (IP, X25/3 и др.), а другой – для передачи кадров по каналам связи (LAPB, X25/2 и др.).

Это обосновано тем, что сначало в продвинутых странах создавались системы для передачи данных меж компом и терминалами (либо меж 2-мя компьютерами) в режиме «точка – точка» либо «точка – многоточка», потому в кадре передачи данных для адреса предназначения (АН) довольно было использовать 1 б (очень этот адресок, а именно, был применен для подключения до 255 терминалов через мультиплексор передачи данных МПД-2 к компу ЕС ЭВМ). Сам кадр завершался повторяющейся контрольной суммой (ЦКС), служащей для проверки корректности передачи по каналу связи.

Теория коммутации пакетов была предложена Л. Клейнроком еще в 1961 г. и подразумевала, что пакет — кусок данных, в заголовке которого содержались адресок предназначения (АН) и адресок отправления (АО) – будет без помощи других (и независимо от других пакетов) передаваться по сети.

Но в каналы передачи данных по всему миру уже были вложены сотки миллионов баксов, потому с целью сохранения инвестиций (одна из основных обстоятельств торможения прогресса) пакет был инкапсулирован в информационное поле кадра (рис.1а).

Эта операция значительно понижает эффективность работы всей сети, потому что в каждом узле сети нужно было проводить своеобразную «перлюстрацию» — извлечение пакета из принятого по сети кадра, дальше по анализу АН этого пакета определять адресок последующего узла по маршруту передачи и потом поновой сформировывать кадр с вычислением новейшей ЦКС.

Все же, пока не было достойных соперников, сети с коммутацией пакетов удачно работали, тем паче что веб на многие годы высвободил страны (которые все еще не понимают, что это временно) от сотворения собственной современной коммуникационной инфраструктуры.

В текущее время ко всем имеющимся недочетам добавились новые: по последним оценкам профессионалов, широкополосный доступ и повышение числа мобильных абонентов приведут к 2010 г. к резкому падению пропускной возможности веба.

Все эти факты молвят о том, что сети с коммутацией пакетов достигнули верхушки собственного развития (по теории S-кривых развития технологий) и пришло время прихода им на замену новых сетей, реализующих более совершенные коммуникационные технологии.

Таким макаром, Советы ITU (Y.2001. и Y.2011, 2004 г.), определяющие технологию коммутации пакетов (IP) как базу транспорта Сетей последующего поколения (NGN), практически являются советами к внедрению морально устаревших технологий, что уже реализовано в неких странах и, к огорчению, в Рф.

Протокол Ethernet: способности и достоинства

Новые технологии, как понятно из истории, зарождаются еще в период расцвета имеющихся, и это полностью относится к технологии Ethernet.

Протокол Ethernet был предложен в конце 70-х годов прошедшего века для решения локальной задачки – объединения нескольких ПК в локальную вычислительную сеть (ЛВС) для совместных вычислений.

InterEthernet: пути построения глобальной сети связи последнего поколения

Рис 1a. Веб

InterEthernet: пути построения глобальной сети связи последнего поколения

Рис 1b. Ethernet

А потому что протокол Ethernet создавался с «чистого листа», то к сформированному в ПК отправителя пакету, содержащему АН ПК получателя, по которому в узлах коммутации будет определяться предстоящий путь пакета, был конкретно добавлен «концевик», содержащий ЦКС для проверки корректности передачи по каналу связи, образуя кадр Ethernet (рис. 1b).

Отсюда видно, что протокол Ethernet потенциально может стать основой для построения компьютерных сетей разных размеров (прямо до глобальных) по технологии ретрансляции кадров Ethernet. Она более эффективна, чем разработка коммутация пакетов, потому что для передачи и коммутации употребляется один протокол, а кадр, сформированный в ПК отправителя, без конфигурации передается через узлы коммутации до ПК получателя.

Не считая того, МАС-адрес протокола Ethernet включает 48 бит (против 32 бит Айпишника), что позволяет адресовать в сети более 70 трлн. узлов и снять делему нехватки адресов, возникшую в вебе.

Все же, некие свойства, заложенные сначало в протокол Ethernet, препятствовали его использованию в глобальных сетях:

«Множественный доступ с определением коллизий» (CSMA/CD), ограничивающий размеры сети 150 м. и не гарантирующий скорость передачи, которая достается каждому абоненту;

полудуплексный режим работы;

наличие «широковещательного» режима передачи исключает внедрение радиально-кольцевых топологий, нужных для сотворения глобальных сетей, потому что в данном случае широковещательные кадры будут безпрерывно циркулировать по сети, образуя так именуемый «широковещательный шторм».

Но современные локальные сети уже выполнили переход от одноранговых сетей к стопроцентно коммутируемым, построенным по схеме «клиент – сервер». Потому выход в магистральную сеть может быть произведен через особый сервер-посредник (proxy-server), запрещающий передачу «широковещательного» трафика, что практически снимает ограничения на внедрение протокола Ethernet в глобальных сетях.

В Рф еще в 1993 г. были начаты работы (которые длятся и по сей день), посвященные разным нюансам сотворения единой сети (современное заглавие которой — InterEthernet), реализующей технологию ретрансляции кадров Ethernet как в локальных, так и в глобальных сетях.

Сначала, были определены главные принципы построения InterEthernet как Большой системы:

разбиение (по тому либо иному признаку) InterEthernet на подсистемы (сабсети), при этом любая из этих подсистем, в свою очередь, тоже может разбиваться на подсистемы;

внедрение иерархических топологий для улучшения маневренности сети;

внедрение иерархической адресации узлов, связанной с их местоположением в сети.

По признаку функциональности InterEthernet (как и сеть Internet) делится на две подсистемы: одна представляет собой совокупа абонентских локальных мультисервисных сетей (ЛМС), другая — глобальная магистральная сеть (ГМС), объединяющая все локальные сети в единое целое.

При всем этом любая из этих подсистем может проектироваться без помощи других — по своим аспектам. Oбщим для их является внедрение постоянных иерархических топологий (позволяющих использовать однотипное оборудование в коммутирующих узлах) и 12-cтупенчатая иерархическая адресация (рис.2), привязанная к местоположению узла в сети (локально-определяемый адресок). При всем этом МАС-адреса всех ПК (также и всех узлов сети) образуются из номеров портов тех узлов коммутации, к которым (по иерархии) подключен данный ПК (либо узел).

47 и 48 биты МАС-адреса носят служебный нрав:

48 бит: 0 – обыденный кадр, 1 – «широковещательный» кадр,

47 бит: 0 – универсальный адресок, 1 – локально-определяемый адресок.

Локальные мультисервисные сети

Имеющиеся коммутаторы локальных сетей (в главном) не имеют собственного МАС-адреса и коммутацию производят по принципу «свой-чужой» по анализу таблиц МАС-адресов всех ПК, присоединенных к данному порту коммутатора (конкретно либо через другие коммутаторы), что ограничивает внедрение их в глобальных сетях.

InterEthernet: пути построения глобальной сети связи последнего поколения

Рис. 2. Общим для подсистем является внедрение постоянных иерархических топологий (позволяющих использовать однотипное оборудование в коммутирующих узлах) и 12-ти ступенчатая иерархическая адресация

InterEthernet: пути построения глобальной сети связи последнего поколения

Рис. 3. К серверу также могут быть подключены через классическую сеть Ethernet802.3 разные технические устройства (системы), управление которыми может быть как автоматическим (через сервер), так и через абонентские ПК

Семейство новых устройств – коммутирующих мультиплексоров (младшего КМ1, среднего КМ10 и старшего КМ100 уровней), реализующих технические решения патента РФ № 2159511 (1999 г.), обеспечивает мультиплексирование 10 каналов EthernetСМбит/с в 1 канал Ethernet10СМбит/с (С = 1, 10, 100) для восходящего трафика «клиент-сервер» по дисциплине «первым вошел – первым вышел» (FIFO) и коммутирование кадров, поступающих по одному каналу Ethernet10СМбит/с, в 10 каналов EthernetСМбит/с для нисходящего трафика «сервер-клиенты».

Каждый коммутирующий мультиплексор имеет собственный иерархический МАС-адрес, при этом у всех КМ1 младшая тетрада МАС-адреса равна 0, у всех КМ10 две младшие тетрады равны 0 и во всех КМ100 три младшие тетрады равны 0.

Это позволяет проводить процесс коммутации методом аппаратного сопоставления МАС-адреса самого коммутирующего мультиплексора с МАС-адресом предназначения (АН) поступившего кадра: в случае сопоставления ненулевой (старшей) части МАС-адреса КМс (с = 1, 10, 100) с той же частью МАС-адреса поступившего кадра, — разыскиваемый номер порта передачи будет находиться (по определению) в той тетраде поступившего МАС-адреса, которая соответствует (по номеру) старшей нулевой тетраде МАС-адреса самого КМс.

Аппаратная реализация функций коммутации позволит исключить создание и обработку таблиц МАС-адресов в каждом порту коммутатора, осуществляемых в имеющихся коммутаторах высокопроизводительными процессорами, что позволит резко понизить цена самих коммутирующих мультиплексоров.

Каскадирование данных устройств позволит строить масштабируемые ЛМС от 10 до 1000 юзеров, при этом каждому из абонентских ПК (либо «тонкому клиенту», ТК) будет предоставлен дуплексный канал Ethernet1/10/100Мбит/с связи с сервером, что исключает необходимость в управлении потоком в сети.

Все ПК благодаря протоколу Ethernet802.2 (LLC-SNAP) имеют возможность подключения мультимедийных протоколов прикладного уровня (SIP, SDP и др.), обеспечивая возможность получения абонентами всех сервисных услуг в полном объеме, в том числе и видеосвязь, которая в ЛМС стопроцентно поменяет телефонную связь (рис. 3).

Новые технические решения в построении беспроводных ЛМС (патент РФ № 2211546, 2001 г.) включают, сначала, комбинированный способ доступа: частотный (FDMA), когда весь спектр выделенных частот делится на поддиапазоны ( F1, F 2, … Fn ), в каждом из которых обеспечивается групповая скорость 11Мбит/с с временным разделением (TDMA) меж 11 дуплексными каналами (Рис. 3).

Каждому поддиапазону соответствует своя «точка доступа» (Access Point, AP), в качестве которой употребляется беспроводной КМ1 (БКМ1), обеспечивающий подключение 10-ти абонентских ПК (ноутбука, КПК) по просьбе, которые передаются к серверу (базисной станции) по протоколу 802.3 (CSMA/CD) по 11-му каналу, играющему роль канала управления.

Не считая того, 11-й канал употребляется для управления доступом к разным поддиапазонам: по каждому из их безпрерывно (в целях обеспечения синхронизации) передаются две команды (физически): одна – «Начать передачу» (при наличии хотя бы 1-го свободного канала в поддиапазоне), с приемом которой ПК начинают конкурентнсть на доступ в сеть. Другая – «Прекратить передачу» (при отсутствии свободных каналов в данном поддиапазоне), по которой ПК начинают поиск свободного поддиапазона из всех имеющихся (F1, F2,…Fn).

Предлагаемая беспроводная сеть имеет очевидные достоинства перед существующими сетями (3G, Wi-Fi, WiMAX), в том числе:

масштабируемость: однообразный принцип формирования сети независимо от ее размеров и избранного спектра;

размеренная скорость передачи, выделяемая каждому абоненту: дуплексный канал Ethernet1Мбит/с (либо 10Мбит/с при монопольном режиме в выделенном поддиапазоне);

внедрение одного протокола Ethernet802.3 как для фиксированных, так и для беспроводных сетей;

более действенное внедрение полосы пропускания (выше 90%), недосягаемое в других сетях

наличие управляющего (11) канала, имеющего неизменный доступ к хоть какому ПК, находящемуся в сети, позволяет использовать все имеющиеся программные средства (продукты) для заслуги нужного уровня безопасности как при входе в сеть (а именно, по технологии 802.1x), так и в процессе ее функционирования.

Не считая того, трудности конвергенции фиксированных и мобильных абонентов тут не существует в принципе: коммутирующий мультиплексор среднего уровня (КМ10) сумеет соединить сети с фиксированными и беспроводными абонентами в единую (гомогенную) сеть, ввиду того, что в сетях употребляется единый протокол Ethernet802.3 и все абоненты находятся в едином адресном пространстве.

InterEthernet: пути построения глобальной сети связи последнего поколения

Рис. 4. Каждый узел этой сети представляет собой 16-портовый Магистральный Коммутатор (МК), обеспечивающий ретрансляцию кадров 10Gigabit Ethernet, и при всем этом присоединенный к МК Сетевой Сервер позволит обеспечить дополнительный (сетевой) сервис для всех ЛМС, присоединенным к сети

все фотогалереи

К серверу также могут быть подключены через классическую сеть Ethernet802.3 разные технические устройства (системы), управление которыми может быть как автоматическим (через сервер), так и через абонентские ПК (Рис. 3).

ЛМС также могут стать основой для построения «интеллектуальных» построек.

С целью ликвидации «цифрового неравенства» построение InterEthernet должно начаться (при поддержке со стороны ООН) с сотворения локальных мультисервисных сетей по всему миру (в домах, школах, институтах, поликлиниках, также во всех учреждениях и на всех предприятиях).

Это позволит везде внедрять современные информационные технологии (сначала в образовании, здравоохранении и социальной сфере), также повысить эффективность работы всех юзеров во всех странах в собственной проф деятельности. При всем этом любой из их, независимо от его местоположения, будет находиться в едином мировом адресном пространстве и через собственный ПК (ноутбук, КПК) сумеет получать полный сервис, в том числе, и широкополосный доступ в веб по технологиям VoIP и IPTV.

Веб на первом шаге не считая информационного сервиса будет (еще в течение многих лет) играть роль магистральной сети (Global Backbone Network, GBN) для объединения всех ЛМС.

Пути построения InterEthernet

Глобальная магистральная сеть (ГМС), создание которой нужно для объединения ЛМС в единую сеть, также представляет собой Огромную систему, построение которой нужно проводить на базе принципов, приведенных выше.

Этим принципам стопроцентно соответствует «Многоярусная иерархическая радиально-кольцевая сеть связи» (патент РФ №2188520, 2000 г.), представляющая собой 3-х мерную структуру, в какой любой из 12 узлов в кольцевой сети i-го уровня соединен с центральным узлом, находящимся в кольцевой сети (i+1)-го уровня.

Каждый узел этой сети представляет собой 16-портовый магистральный коммутатор (МК), обеспечивающий ретрансляцию кадров 10Gigabit Ethernet, и при всем этом присоединенный к МК сетевой сервер позволит обеспечить дополнительный (сетевой) сервис для всех ЛМС, присоединенных к сети (рис. 4).

В каждом коммутаторе i-го уровня аппаратно (т.е. без вербования микропроцессора и специального ПО) делается сопоставление МАС-адреса предназначения (АН) поступившего кадра Ethernet с своим адресом коммутатора (у которого i младших тетрад равны нулю), — в итоге чего кадр направляется в один из 16-ти портов:

в порты 1-12 – для направления в один из 12 узлов кольцевой сети (i-1)-го уровня,

в порт Z – для направления в центральный узел, находящийся в кольцевой сети (i+1)-го уровня,

в порт для соединения с сервером (кластером серверов-лезвий),

в порт L – для направления в примыкающий (слева) узел кольцевой сети данного i-го уровня,

в порт R – для направления в примыкающий (справа) узел кольцевой сети данного i-го уровня.

Сервер (кластер серверов-лезвий) позволяет организовать на каждом уровне иерархии разные сетевые сервисы: управление сетью, базы данных различного предназначения (в т.ч. DNS и др.).

Городские и национальные сети

Сначала, нужно увидеть, что ЛМС, объединяющая до 1 тыс. юзеров, сама может стать основой для сотворения городских сетей для деревень, сел и рабочих поселков, обеспечивая дополнительный (городской) уровень сервиса по управлению и информационному обслуживанию населения.

На первом шаге магистральные коммутаторы первого яруса (МК1) объединяют в единую сеть наиблежайшие (территориально) 12 ЛМС, что составляет до 12 тыс. юзеров (населенный пункт до 40 тыс. обитателей).

Дальше, по иерархическому принципу будут создаваться городские сети городов и крупных городов, также национальные сети разных государств.

Этот процесс объединения будет длиться безпрерывно в течение многих лет, захватывая все новые и новые местности, пока, в конце концов, не будут образованы зоновые сети.

Зоновые сети InterEthernet

В отличие от веба, где применен чисто территориальный принцип разбиения на зоны (5 зон по числу материков, не считая Антарктиды), для InterEthernet применен территориально-демографический принцип разбиения на зоны, призванный обеспечить (по способности) равенство численности населения в каждой зоне:

ARIN (American Registry for InterEthernet Numbers),

RIPE NCC (Reseaux InterEthernet Europeans Network Coordination Centre),

APNIC (Asia Pacific Network Information Centre),

LACNIC (Latin American, Caribbean Network Information Centre)

RUSNIC, включающая Россию (и страны СНГ), владеющие большей территорией, покрывающей 10 часовых поясов,

ARBNIC, включающая арабские и мусульманские страны,

INDNIC, включающая Индию как развивающуюся страну с многомиллиардным популяцией,

CHINIC, включающая Китай как развивающуюся страну с многомиллиардным популяцией,

ASINIC, включающая страны Юго-Восточной Азии,

AUPNIC, включающая Австралию и страны Океании.

Зоновые сети представляют собой сети 10-го яруса, и любая из их будет строиться с учетом географических критерий их размещения.

Русская зоновая сеть InterEthernet

Русская зоновая сеть InterEthernet, включающая и страны СНГ (Рис. 5), является 10-м ярусом глобальной сети и, в тоже время, сумеет стать государственной сетью Рф федерального уровня.

В текущее время в Рф сети федерального уровня строятся по ведомственному принципу, что приводит к лишнему параллелизму, распылению сил и средств. Русская зоновая сеть InterEthernet, будет создаваться (отчасти) за счет финансирования ООН, как часть глобальной сети информационного общества, с внедрением многожильных оптоволоконных кабелей.

Это даст возможность «бесплатно» предоставить всем федеральным ведомствам новые полосы связи для сотворения на их базе современной коммуникационной инфраструктуры. Русская зоновая сеть (сеть 10-го яруса) включает:

7 узлов (по числу Федеральных округов Рф),

2 узла (Украина),

1 узел (Белоруссия),

1 узел (Закавказские республики),

1 узел (Среднеазиатские республики).

Глобальная сеть InterEthernet

Глобальная сеть InterEthernet (11 ярус) соединит воединыжды при помощи глобального магистрального коммутатора (ГМК) 10 зоновых сетей (Рис. 6).

Для обеспечения надежности и каналы связи, и глобальный коммутатор (ГМК), и связанные с ним центр управления и глобальные базы данных различного предназначения обеспечиваются 4-х кратным резервированием, а для обеспечения безопасности они все располагаются на островах в центральной части Индийского океана, потому что 8 из 10 зон верхнего (11) уровня находятся в Восточном полушарии

InterEthernet: пути построения глобальной сети связи последнего поколения

Рис. 5. Русская зоновая сеть InterEthernet, включающая и страны СНГ

InterEthernet: пути построения глобальной сети связи последнего поколения

Рис. 6. Глобальная сеть InterEthernet (11 ярус) соединит воединыжды при помощи Глобального Магистрального Коммутатора (ГМК) 10 зоновых сетей

Иерархическая структура глобальной магистральной сети (ГМС) позволяет обеспечить действенное управление ею на всех шагах построения при помощи протокола SNMPv3, реализующего функцию «Менеджер – клиент».

«Менеджер» (ПО) располагается на cетевом сервере i–го уровня и обеспечивает управление «Клиентами» (ПО), находящимися на всех сетевых серверах (i-1)-го уровня.

Модернизация веба

Веб еще длительно будет играть роль магистральной сети для объединения создаваемых ЛМС по всему миру.

Потому в текущее время животрепещущим является вопрос модернизации веба, при всем этом нужно сделать лучше его свойства (сначала, пропускную способность), не изменяя его базы (т.е. протокола IP).

Нужно увидеть, что применяемая в вебе коммутация IP-пакетов (3-й уровень 7-уровневой модели OSI) позволяет проводить модернизацию при помощи наложенной сети 2-го уровня (протокол Ethernet), когда IP-пакет без конфигурации инкапсулируется в информационное поле кадра Ethernet и не оказывает влияние на построение сети, основанной на технологии ретрансляции кадров Ethernet.

Потому целенаправлено, вместе с созданием ЛМС, начать параллельно построение глобальной сети InterEthernet 11-го яруса (Рис. 6), которая, невзирая на огромные размеры, базирована на реальных разработках прокладки подводных трансокеанских оптоволоконных кабелей (скорость прокладки превосходит 100 км. в день).

Коммутаторы (МК11) располагаются в имеющихся интернет-сетях каждой зоны вместе с узлами, реализующими технологию маршрутизации.

При всем этом один (либо несколько) маршрутизаторов играют роль «граничных узлов», в каких из Айпишника принятого пакета обеспечивается формирование АН кадра Ethernet для передачи в коммутатор МК11 (при всем этом в 11-й ступени иерархического МАС-адреса записывается номер зоны 11-го уровня).

Многожильные волоконно-оптические кабели позволят параллельно (не считая модернизации веба) организовать и другие глобальные сети: Интерпола, Экологического мониторинга, Финансово-банковской деятельности и др.

Сергей Закурдаев/ R&D.CNews

Другие статьи:
Интернет журнал НЛО МИР

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

*

code

Редакция рекомендует

close
x