Research and training complex of networks with channel and packet switching

Full Text

Оборудование Среди проблем в области сетевых технологий важное место занимает подготовка и переподготовка кадров. Это обусловлено постоянным обновлением сетевых технологий. Настоящее время характеризуется переходом предприятий связи на технологии пакетной коммутации. Причем, в настоящее время совместно работают как устройства сетей с коммутацией каналов, так и аппаратура пакетной коммутации. При этом оборудование с коммутацией каналов предоставляет услуги транспорта для сетей с коммутацией пакетов. Поэтому появилась необходимость обучения студентов технологиям совместного функционирования оборудования с коммутацией каналов и аппаратуры с коммутацией пакетов. В связи с этим в рамках НИР по разработке учебно-методических комплексов с интерактивным обучением по дисциплинам базовой кафедры ОАО «Ростелеком» в ПГУТИ был создан учебно-исследовательский комплекс, включающий модульное сетевое транспортное оборудование (МСТО), а также коммутаторы и маршрутизаторы фирмы Cisco. Внешний вид учебно-исследовательского комплекса приведен на рис. 1. В двух телекоммуникационных шкафах размещена аппаратура Cisco (шесть маршрутизаторов 2800 и шесть коммутаторов Catalyst 2960). Сверху размещен корпус 19″ с модулями МСТО. Оборудование МСТО представляет собой мультисервисную транспортную платформу уровней STM-1, STM-4, построенную на модульном принципе. Рис. 1. Учебно-исследовательский комплекс МСТО разработано на кафедре ЛС и ИТС ПГУТИ, серийно производится в ОАО «Юрьев Польский завод «Промсвязь». Внешний вид оборудования, размещенного в двух корпусах 19″ приведен на рис. 2. Рис. 2. Внешний вид МСТО В МСТО за основу были взяты следующие принципы. Отказ от шины Telecom BUS. Связь между составными частями сетевого элемента осуществляется в последовательном коде через оптические волокна кабелей. На завершающем этапе работы реализуется связь между конечными узлами учебной сети (А и В соответственно), представленной на рис. 5. Использование Web-камеры позволяет организовать видео конференцию между преподавателем и студентами, которые также находятся в данной сети. Помимо этого, каждый студент имеет полный доступ к оборудованию, что позволяет им осуществлять управление, настройку и конфигурацию данной системы под наблюдением преподавателя. Сетевой элемент состоит из нескольких конструктивно законченных и функционально самостоятельных компонентов (модулей), что обеспечивает возможность масштабирования в соответствии с требованием потребителя. Каждый модуль может быть исключен из одного сетевого элемента и включен в другой сетевой элемент. Открытая архитектура. Каждый сетевой элемент оборудования состоит из линейного модуля, решающего основные функции, и являющегося наиболее дорогостоящей частью, и нескольких трибутарных модулей, обеспечивающих поддержку определенных интерфейсов (E1, STM-1, STM-4, F, G и т.д.). При создании модулей используются программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Логика функционирования ПЛИС конфигурируется потребителем микросхем, т.е. разработчиком модулей МСТО с помощью программатора. Это позволяет разработчикам создавать модули с рациональными аппаратными затратами в зависимости от назначения модуля. Кроме того, это повышает защищенность сетевых устройств, т.к. программирование проводит пользователь, что снижает возможность закладки вредоносных программ. В модулях МСТО применяются микросхемы программируемой логики (Field Programmable Gate Array - FPGA), которые обычно используются для обработки сигналов. Заменой программы линейного модуля и установкой определенных трибутарных модулей можно трансформировать один и тот же сетевой элемент оборудования для решения самых различных задач. Один и тот же сетевой элемент можно использовать для решения различных задач с минимальными издержками путем замены программы линейного модуля и установки различных трибутарных модулей. Для присоединения различного типа кабелей к оборудованию МСТО используются унифицированные модули SFP (Small Form-factor Pluggable), которые представляют собой компактные приемо-передатчики (трансиверы) промышленного стандарта. На рис. 3. показан внешний вид модулей М4 и GE с трансиверами SFP. В оборудовании используется два вида модулей: линейные и трибутарные. Линейные модули (мастер-модули М4 и М1) обеспечивают передачу данных по высокоскоростным волоконно-оптическим линиям. Рис. 3. Внешний вид модулей M4 и GE Мастер-модуль М4 для передачи потоков уровня STM-4 (см. рис. 3) имеет два независимо конфигурируемых линейных интерфейса уровня STM-4 (линия 1, линия 2) приемо-передатчиков Тх, Rx. Кроме того, на переднюю панель выведены разъем для ввода или вывода сигнала синхронизации (Т3, Т4) и разъем подключения к системе управления (Упр). Контроль и управление оборудования МСТО осуществляется через интерфейс 10/100Base-T системами управления «МСТО-Модуль» или «МСТО-Сеть». Синхронизация модуля М4 производится от внутреннего или внешнего источника, а также от агрегатных или компонентных сигналов. Мастер-модуль М1 предназначен для передачи потоков уровня STM-1. Остальные параметры аналогичны мастер-модулю М4. Трибутарные модули совместно с мастер-модулями позволяют создавать различные сетевые элементы. Трибутарный модуль Е1 позволяет реализовать ввод-вывод семи потоков Е1 (2048 кбит/c). Интерфейс - электрический G.703. Трибутарный модуль S1 позволяет реализовать ввод-вывод 4 потоков SТМ-1. Тип интерфейса - электрический G.703 или оптический G.957, G.692 (CWDM). Трибутарный модуль F может реализовать ввод-вывод 4 потоков Fast Ethernet через интерфейсы 100 BASE-ТX, стандарта IEEE 802.3. Разъем - электрический 8Р8С (RJ-45). Трибутарный модуль GE может реализовать ввод-вывод 2 потоков Gigabit Ethernet через интерфейсы 1000 BASE-ТX. Разъем - электрический 8Р8С (RJ-45). Из вышеприведенных линейных и трибутарных модулей МСТО можно создать различные типы транспортных сетевых элементов. В качестве примера можно отметить: коммутатор КМ1×8FЕ, мультиплексоры МДМ1×21Е1 и МДМ4×4S1. Коммутатор КМ4х8FE состоит из линейного модуля М4 и необходимого количества (от 1 до 2) трибутарных модулей F (см. рис. 4). Меняя трибутарные модули и программное обеспечение, можно реализовать другие типы сетевых элементов, например, мультиплек-соры МДМ1×21Е1 и МДМ4×4S1. Рис. 4. Внешний вид коммутатора КМ4х8FE Система управления «МСТО-Модуль» предназначена для управления одиночным модулем (сетевым элементом) оборудования МСТО-N производства ОАО «Юрьев Польский завод «Промсвязь» в процессе эксплуатации и в режиме пуско-наладки. Связь с управляемым модулем осуществляется по сети Ethernet (10/100) с применением стека протоколов передачи данных TCP/IP. Для подключения рабочей станции к модулю используется стандартный разъем 8Р8С (RJ45). Скорость обмена данными между рабочей станцией и сетевым элементом - до 100 Мбит/сек. Простой графический интерфейс пользователя предоставляет прямой доступ к различным функциональным блокам сетевого элемента. Система управления «МСТО-Сеть» предназначена для контроля и управления оборудованием МСТО-N в транспортных сетях свободной конфигурации. Система управления «МСТО-Сеть» обеспечивает подключение до 128 сетевых элементов, к каждому из которых возможен полный доступ для его конфигурирования и верификации его состояния. Управление сетью возможно через любой сетевой элемент, связь с которым реализуется по сети Ethernet (10/100) с применением стека протоколов TCP/IP. При конфигурировании используется простой графический интерфейс пользователя (см. рис. 5). Рис. 5. Графическое изображение транспортных элементов в СУ МСТО-Сеть Возможна организация доступа к управлению сетью по нескольким приоритетным уровням по шкале «наблюдатель-администратор» путем авторизации пользователей с применением паролей. Система поддерживает журнал событий, что обеспечивает необходимый контроль над работоспособностью системы в процессе эксплуатации и локализацию мест аварий, а также оперативную настройку транспортных элементов для решения различных задач. Методика обучения В связи с развитием инновационных инфокоммуникационных технологий возникла необходимость перехода на новый уровень обучения студентов по интерактивным методикам. Разработанная интерактивная методика проведения занятий на базе модульного сетевого транспортного оборудования МСТО, включая построение удаленного (дистанционного) доступа к системе управления оборудования МСТО обеспечивает освоение теоретического материала и получение практических навыков работы с оборудованием МСТО и Cisco. Данная методика обучения позволяет в краткие сроки производить обучение студентов навыкам построения сетей на основе оборудования МСТО и Cisco, а также основам построения удаленного доступа к системе управления, что является важным критерием безопасности при эксплуатации оборудования в глобальных сетях. Удаленный доступ также может быть использован для дистанционного обучения студентов. Методика включает интерактивный курс лекций, практических занятий и лабораторные работы на оборудовании МСТО и Cisco. Схема лабораторной установки, включающей четыре маршрутизаторa серии 2800 фирмы Cisco, четыре коммутатора Catalyst 2960, два коммутатора МСТО КМ4×8FE, приведена на рис. 6. Рис. 6. Схема лабораторной установки Данная схема позволяет моделировать сеть под удаленным управлением, что является важным в современных технологических сетях. Полученные навыки могут быть применены для построения различных схем компоновки и взаимодействия оборудования. В ходе лабораторных работ студенты изучают все модули МСТО (линейные и трибутарные), с использованием системы управления «МСТО-Сеть» конфигурируют сетевые элементы (коммутаторы и мультиплексоры). С помощью оборудования Cisco производится построение защищенного соединения (VPN). Рис. 7. Модернизированная схема лабораторной установки На завершающем этапе работы реализуется связь между конечными узлами учебной сети, представленной на рис. 6. Использование Web-камеры позволяет организовать видео конференцию между преподавателем и студентами, которые также находятся в данной сети. Помимо этого, каждый студент имеет полный доступ к оборудованию, что позволяет им осуществлять управление, настройку и конфигурацию данной системы под наблюдением преподавателя. Модульный подход к построению аппаратуры на базе МСТО позволяет легко трансформировать схему лабораторной установки, например, добавив мультиплексоры МДМ1×21Е1, позволяющие реализовать ввод-вывод до 21 потока Е1 (см. рис. 7). Для проведения исследований на лабораторной установке используются анализатор «Беркут-ЕТ» для тестирования каналов Ethernet-10/100/1000 и прибор по паспортизации сетей синхронной цифровой иерархии «SA-4». Это позволяет не только изучать современные сетевые технологии, но и проводить научные исследования.

About the authors

Nikolai Nikolaevich Vasin

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: vasin@psati.ru

Nikolai Vladimirovich Voyschev

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: voychev@mail.ru

Alexander Alekseevich Irbakhtin

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: alexalex134213@mail.ru

Sergei Grigorievich Teleshevsky

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: teleshevsky@skbsv.ru

References

Supplementary files