Уровень ядра:

К маршрутизатору уровня ядра подключены 2 крайних коммутатора агрегации посредством 10G SFP+ портов №0-3. Сервер подключается к маршрутизатору ядра своей сетевой картой посредством UTP-кабеля в порт eth0 маршрутизатора. Для присоединения к вышестоящему оператору задействовать 10G SFP+ №4-7.

Присоединение к магистральному оператору связи:

Присоединение к высокоскоростной IP-магистрали, построенной на базе ресурсов первичной сети ПАО «Ростелеком». В городе Калуга расположен региональный узел сети ПАО «Ростелеком», используемый для присоединения малых операторов связи и предоставления услуги транзита IP-трафика. Технические условия присоединения к данному узлу предоставляются оператором только по коммерческому запросу, однако в свободном доступе есть базовая информация об используемых технологиях и характеристиках сети. Магистральная сеть построена по технологии MPLS на базе собственной первичной сети. Пропускная способность сети 4,5Тбит/с, пропускная способность внешних каналов 1,4Тбит/с. Присоединение возможно на скоростях доступа до 100Гбит/с и кратных 10Гбит/с, осуществляется по интерфейсам: G.703/G.704(SDH/PDH сети на каналах типа T1/E1), FastEthernet, GigabitEthernet, 10GigabitEthernet.

В соответствии с этой информацией принято решение о присоединении к магистральной сети ПАО «Ростелеком», а именно к региональному узлу связи в городе Калуга, с использованием 4 каналов с общей пропускной способностью 40Гбит/с посредством интерфейса 10 GigabitEthernet на основе оптоволоконных линий связи.[7]

Пример организации физической структуры

Основной принцип технологии FTTB заключается в проведении высокоскоростной оптоволоконной линии связи непосредственно в помещение, откуда далее будут подключаться абоненты. Как правило для размещения оборудования доступа используются технические помещения жилого дома, в частности подвальные помещения или чердак, далее через каналы под слаботочные коммуникации UTP кабели протягиваются до квартир абонентов. При небольшом числе квартир в доме может использоваться один коммутатор на дом, однако в большинстве случаев устанавливается один коммутатор на подъезд с перспективой на подключение большего количества абонентов. Пример организации физической структуры уровня доступа представлен на Рис.23. Определить физическую структуру всей сети не представляется возможным из-за отсутствия в открытом доступе информации о расположении имеющихся коммуникационных туннелей и колодцев в городе Калуга, отсутствия информации о возможных разрешенных территориях для прокладывания ВОЛС по городу Калуга, а также из-за отсутствия информации о расположении регионального узла ПАО «Ростелеком» в городе Калуга.

Рис. 23. Схема физической структуры уровня доступа.

3.2 Программная структура

Выбор программного обеспечения

Для организации работы сети необходимы следующие программные компоненты:

- Биллинг сервер для обработки информации об абонентах, их тарифах, ведения финансового учета и контроля работы сети;

- RADIUS-сервер, управляющий сессиями абонентов, отвечающий за аутентификацию пользователей, работающий в связке с биллинг сервером;

- DHCP-сервер, отвечающий за процедуру назначения IP-адресов в сети;

- СУБД для хранения информации об абонентах.

В качестве биллинг сервера была выбран программный продукт для операторов связи - Автоматизированная Система Расчетов LANBilling 2.0. Данная АСР была выбрана потому что в ее состав так же входят RADIUS-сервер, DHCP-сервер и СУБД. Таким образом за счет одного ПО выполняются все задачи, связанные с программной частью сети. При необходимости позволяет подключать дополнительные программные модули, такие как: оплата через сторонние платежные системы, интеграции с видеостриминговыми сервисами, WiFi с авторизацией и т.д.

АСР LANBilling поддерживает:

- аутентификацию абонентов по порту коммутатора (Option 82);

- аутентификацию абонентов по VLAN-per-user;

- статическое или динамическое выделение IP-адресов, используя информацию из Option 82;

- сбор статистики по трафику на сети;

- ограничение полосы пропускания для каждого абонента;

- учет трафика абонентов;

- контроль за абонентской платой;

- ведение финансового учета, составление отчетов.

LANBilling включает в себя подробное руководство по эксплуатации для каждой версии программы, что облегчает внедрение и обслуживание данной системы.

Для установки LANBilling поддерживаются следующие типы ОС: FreeBSD11.x, CentOS 6.x и 7.x, Debian 8 и 9.

Среди рекомендованных ОС была выбрана для установки на сервере CentOS 7.x, так как является свободно распространяемым бесплатным ПО, разрабатывающимся как корпоративная серверная ОС на базе исходного кода Red Hat Enterprise Linux. Она отвечает требованиям производительности, отказоустойчивости и безопасности, а также имеет постоянные обновления и срок поддержки каждой версии в 10 лет.

Описание работы программной части сети

Работа программной части сети заключается в обмене запросами между маршрутизатором-сервером доступа Ericsson (BRAS) и АСР LANBilling.

Для каждого абонента в LANBilling заведен профиль, в котором содержится информация о тарифе, текущем финансовом статусе и месте подключения. При подключении абонентом к сети, BRAS совершает запрос к АСР, для получения информации по данному абоненту. После получения информации о предельной скорости передачи данных, статусе договора и выданном IP-адресе BRAS обслуживает данного пользователя до его отключения от сети, выполняя трансляцию локального IP-адреса в глобальный, маршрутизацию трафика в вышестоящую магистральную сеть и контроль за нагрузкой трафика на канал. Использование программного комплекса LANBilling позволяет минимизировать нагрузку на BRAS, так как количество запросов по сравнению использованием раздельных биллинг, RADIUS и DHCP серверов сокращается.

3.3 Вывод по проектированию

В данном разделе произведен анализ и последующий выбор технологий, всего необходимого оборудования, приведено описание всех этапов проектирования сети, приведены схемы работы сети на всех уровнях, дано описание взаимодействия всех узлов в сети. Была разработана логическая структура сети, а также описаны варианты построения физической структуры сети и приведена схема-пример. Выполнен обоснованный выбор необходимого программного обеспечения, дано описание работы программной части сети и взаимодействия ПО.

4. Оценка эффективности принятых решений

4.1 Выбор показателей эффективности

Для оценки эффективности принятых решений необходимо определить главные показатели эффективности проектируемой сети. Для сети провайдера главными характеристиками являются ее пропускная способность, быстродействие и количество пользователей, также необходимо рассмотреть финансовую сторону проектирования, такую как примерная стоимость внедрения, оценить затраты во время работы сети и окупаемость.

4.2 Выбор методики оценивания

Пропускная способность сети представляет собой максимальное количество данных, передаваемых в сети в единицу времени. Для сети провайдера важно определить участки сети с минимальной пропускной способностью, так как в последствии эти участки придется расширять для эффективной работы всей сети.

Быстродействие сети показывает какова скорость ответа на отправленный от одного узла к другому пакет данных. Для сети провайдера такую оценку необходимо производить между оборудованием абонента и конечной точкой в сети провайдера, то есть между оборудованием, подключенным к порту коммутатора доступа и шлюзом (сервером доступа/BRAS).

Максимальное количество пользователей одна из важнейших характеристик сети провайдера, ведь от количества пользователей зависит прибыль от сети в целом, и провайдер стремится к увеличению пользователей, можно оценить по количеству свободных портов на коммутаторах доступа.

Стоимость внедрения складывается из полной стоимости всего сетевого оборудования, кабельных соединений и программного обеспечения.

Затраты во время работы сети исходят из необходимости в электропитании оборудования, рассчитываются как стоимость суммарной электроэнергии, потребляемой за определенный промежуток времени.

4.3 Оценка характеристик сети

Пропускная способность сети зависит от максимальной скорости передачи каналов и производительности узлов. Для разработанной схемы сети и выбранного оборудования следующие пределы пропускной способности:

- D-Link 1510-52: 140 Гбит/с;

- SNR-S2990-16X: 320Гбит/с;

- Ericsson SE400: 240Гбит/с;

- Оптоволоконные соединения: 10Гбит/с;

- UTP кабель: 1Гбит/с.

Из оценки можно исключить участки сети с использованием UTP кабеля, так как он используется на участке от коммутатора доступа до одного абонента, где максимальная тарифная скорость задана в 200Мбит/с, а также для соединения маршрутизатора ядра с сервером АСР, где передаются только технические запросы и канала с пропускной способность 1Гбит/с достаточно.

Рис. 24. Анализ пропускной способности.

На Рис. 24 показаны результаты анализа, выделены красным проблемные участки, далее будет дано разъяснение со ссылками на нумерацию узлов из рисунка. Самые большие объемы трафика будут проходить на уровне агрегации, где большие объемы трафика от абонентов будут агрегироваться для передачи по каналам в 20Гбит/с. Максимально возможный трафик, приходящий с одного кольца доступа на коммутатор агрегации составляет 20Гбит/с (в случае кольца из 5 коммутаторов по 48 портов это 83.33Мбит/с для каждого абонента). К каждому коммутатору агрегации подключено 5 колец доступа, то есть максимально возможный трафик на входе коммутатора агрегации составляет до 100Гбит/с. Однако для перенаправления доступно 2 канала суммарной емкостью в 40Гбит/с в случае коммутатора №1, таким образом для полной загрузки канала для 5 колец доступа по 5 коммутаторов на 48 портов достаточно одновременной передачи данных со скоростью 33,3 Мбит/с со стороны всех абонентов. Для коммутаторов №2 и №3 расчет максимальной нагрузке усложняется функциями по выбору оптимального направления передачи коммутаторами ядра, поэтому будет рассмотрена ситуация, при которой идет максимально возможная нагрузка на канал со стороны всех абонентов. Таким образом на коммутаторы №2 и №3 будет приходит по 20Гбит трафика в секунду со стороны коммутатора №1 и еще 100Гбит/с со стороны напрямую присоединенных колец доступа, однако каналы между коммутаторами №2, №3 и маршрутизатором ядра по 20Гбит/с. Таким образом полная загрузка каналов 2-4 и 3-4 будет происходить при единовременной передаче 11,1Мбит/с со стороны всех абонентов. Так как канал присоединения к вышестоящему оператору имеет максимальную пропускную способность 40Гбит/с, а максимальная нагрузка на маршрутизатор ядра так же равно 40Гбит/с на этом участке загрузка так же будет происходить при единовременной передаче 11,1Мбит/с со стороны всех абонентов.

Однако количество передаваемых данных не бывает постоянной величиной, так как передаваемый сетевой трафик, так же называемых компьютерный трафик, имеет свойство пульсировать, так, например, при открытии сайта начинается обмен запросами и загрузка веб-страницы, что увеличивает нагрузку на канал передачи, но после полной загрузки передача данных прекращается полностью и канал освобождается. Соответственно вероятность одновременной высокой нагрузки на каналы провайдера со стороны всех абонентов крайне мала и снижается с увеличением числа абонентов.

В разработанной модели сети при увеличении максимальных тарифных скоростей или увеличении нагрузки на сеть со стороны абонентов рекомендовано расширение каналов 2-4 и 3-4, а также канала присоединения к вышестоящему оператору, такое расширение возможно простым добавлением новых оптоволоконных соединений, за счет неиспользуемых портов на коммутаторах агрегации.

Оценка быстродействия сети может производиться при помощи встроенной во все популярные ОС утилиты ping. Работа утилиты заключается в генерации ICMP запросов, требующих ответа от узла назначения, после отправки запроса и получения ответа высчитывается разница во времени, а также процент успешных запросов (с ответом) от общего числа. Эти два значения определяют время прохождения пакета от узла назначения и обратно, а также процент потерь пакетов при прохождении через сеть (Рис.25).

Рис. 25. Пример работы утилиты ping.

Максимальное число абонентов для данной сети равно суммарному количеству портов на всех коммутаторах доступа, в сети используются 3 коммутатора агрегации, к каждому из которых присоединены по 5 колец доступа, состоящих из 5 коммутатором доступа по 48 портов каждый, соответственно максимальное число абонентов равно 3600.

4.4 Экономическая оценка

Для оценки стоимости внедрения необходимо рассчитать суммарную стоимость всего сетевого оборудования, кабельных соединений и программного обеспечения. Результаты расчета представлены в Таблице 5.

Таблица 5 Расчет стоимости оборудования

Расчет производился без учета кабельных соединений, так как оценить протяженность линий связи не представляется возможным. По той же причине в расчете стоимости внедрения не учитывается оплата труда по установке и настройке оборудования, прокладыванию линий связи, привлечения абонентов и стоимость услуги присоединения и транзита трафика вышестоящего оператора ПАО «Ростелеком» города Калуга.

Затраты во время работы сети можно рассчитать на примере потребляемой электроэнергии, расчет потребления в сутки представлен в Таблице 6.

Таблица 6 Расчет потребляемой электроэнергии

Имея 85,1 кВт потребления в сутки за год (365 дней) получается 31 061,5кВт, при текущей стоимости электроэнергии в городе Калуга в 4,44 руб. за 1кВт выходит:

Затраты на электроэнергию за год=31061,5*4,44= 137913,06руб/год.

Другие затраты во время работы сети, такие как оплата труда, расходы на обслуживание, возможную арендную плату оценить не представляется возможным.

Так же есть возможность оценить окупаемость оборудования без учета расходов на обслуживание и поддержку сети, стоимости кабельных соединений и оплату труда. Планируется предоставление услуги широкополосной передачи данных на трех тарифных скоростях: до 30Мбит/с, до 100Мбит/с и до 200Мбит/с. Если принять месячную стоимость тарифов за 300руб., 500руб. и 750руб. (что сравнимо со средней рыночной стоимостью в г. Калуга) соответственно, а также предполагаемое процентное соотношение популярно тарифов, как 30%:50%:20% соответственно, можно рассчитать ожидаемый годовой доход при подключении максимального количества абонентов (3600). Таким образом годовой доход с абонентской платы ожидается около 21 168 000руб. Без учета вышеуказанных расходов при эксплуатации сети с максимальным количеством абонентов окупаемость оборудования произойдет за 4 месяца работы.

4.5 Вывод по оценке эффективности принятых решений

В данном разделе отчета произведен анализ спроектированной сети, выбор показателей эффективности и произведена оценка основных характеристик сети, выявлены возможные будущие проблемы, а также даны рекомендации по их решению. Произведена базовая оценка финансовой составляющей проектирования и внедрения, а также даны прогнозы на затраты в процессе эксплуатации и окупаемость.

Заключение

широкополосный интернет сеть провайдер

Целью данной работы являлась организация предоставления услуги широкополосного доступа к сети интернет для абонентов района областного центра Калужской области. Объектом разработки являлась интернет сеть провайдера районного уровня областного центра.

Были поставлены задачи и определены требования к разработке, которые были выполнены и соблюдены в ходе выполнения работы.

По результатам данной работы были пройдены все этапы проектирования интернет сети провайдера, такие как: информационное обследование предмета разработки, выполнен обзор и анализ существующих решений и технологий, совершен обоснованный выбор используемых технологий и методов, оборудования и ПО, приведены схемы сети, описаны способы построения логической и физической структуры. Произведен подбор ПО и описано взаимодействие программных и аппаратных частей сети. Выполнена оценка эффективности принятых решений, включающая в себя оценку основных характеристик сети и расчет финансовой составляющей проектирования сетей.

Интернет сеть провайдера районного уровня областного центра была спроектирована с учетом всех заявленных требований.

Список используемой литературы

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник для вузов. 5-е изд.--СПб.: Питер, 2017.

2. Семенов А.Б., Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. Структурированные Кабельные Системы АйТи-СКС, издание 3-е. изд.--М.: АйТи-Пресс, 2001

3. Библиотека Инженерного Совета Интернета // Internet Engineering Task Force: RFC 2516. 1999. URL: https://tools.ietf.org/html/rfc2516 (дата обращения 06.04.2018)

4. Библиотека IEEE // IEEE 802.1Q-Rev, Draft 0.22012. URL: http://www.ieee802.org/1/files/private/q-rev-drafts/d0/IEEE802-1Q-REV-2013-d0-2.pdf (дата обращения 06.04.2018)

5. Чекмарев Ю. В. Локальные вычислительные сети. Издание второе, исправленное и дополненное.--М.: ДМК Пресс, 2009.

6. Куроуз Д., Росс К. Компьютерные сети. Нисходящий подход. 6-е изд.--М.: Эксмо, 2016.

7. Условия присоединения операторов связи // Сайт ПАО «Ростелеком». URL: https://kaluga.rt.ru/b2o/services/datacom/iptransit (дата обращения 15.04.2018)

8. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. 5-е изд.--СПб.: Питер, 2016.

Размещено на Allbest.ru