Разработка мультисервисной сети - Дипломная работа

В поисках лучших условий подключения к ресурсам глобальной сети пользователи нередко обращаются сначала к одному Интернет-провайдеру, потом к другому, пытаясь отыскать совершенную во всех смыслах связь. Абоненты отдают предпочтение тем провайдерам, которые предлагают максимально удобные тарифы, качественные услуги, современную простую реализацию способов подключения к сети, чем у других, и множество иных услуг. Ведущие Интернет-провайдеры, прежде всего, характеризуются не только умением зарабатывать деньги, но и способностью обеспечивать абонентов доступными услугами самого высшего уровня. Такие провайдеры регулярно предлагают пользователям интересные программы (бонусы, скидки), которые становятся идеальным стимулом спроса. Мультисервисная сеть позволяет оператору любого уровня, на любой территории в масштабах области, города, поселка предоставлять каждому абоненту следующие услуги связи: 1) многоканальное кабельное телевидение;Общество с ограниченной ответственностью «СКАЙЛАЙН» занимается предоставлением услуг связи физическим и юридическим лицам: предоставление выхода в интернет, IP-телефонии, доступа к локальным ресурсам [1]. Структура управления на предприятии имеет вид иерархической структуры управления, состоящей из трех звеньев: первое звено - это непосредственно генеральный директор, он является главным управляющим органом, второе звено - это управление на местах, сюда входят заместитель директора, начальник технического отдела, начальник монтажного отдела и начальник абонентского отдела, третье звено - работники, находящиеся в подчинении у начальников отделов [12]. Таким образом, на среднем уровне управления выполняются следующие управленческие функции: текущее планирование, организация, управление производственно-хозяйственными процессами и материальными ресурсами, анализ хозяйственной деятельности предприятия, связь, в смысле сбора и переработки информации и передачи ее на высший уровень управления [12]. Если выделять на исследуемом предприятии различного вида ресурсы (финансовые, материальные, трудовые), процессы, обслуживающие производство, службы, обеспечивающие основное производство, то можно рассматривать управление всеми этими элементами как отдельные функции управления. На основе данной модели проведем анализ распределения функций между элементами системы управления, выявим перегруженные элементы и проследим степень контролируемости и управляемости того или иного процесса в любой из представленных функциональных областей.2) отсутствие резервных линий связи, то есть при выходе из строя линии, соединяющей узловое оборудование, сегмент сети окажется полностью изолированным от остальной сети (отсутствие доступа к локальным ресурсам, отсутствие выхода в интернет). Использование такого оборудования в случае перегрузки сети, либо магистрального канала, чревато большими потерями пакетов адресованных, либо принимаемых абонентом. Внешний канал стыкуется с внутренней сетью через коммутатор D-LINK DGS-3610-26G, через этот же коммутатор с сетью ООО «СКАЙЛАЙН» стыкуются два интернет провайдера: ООО «STAVNET» и ООО «Квартал Плюс» («Формула Связи»). Также на сервере доступа хранятся блоки IP-адресов (внешних и внутренних), которые абоненты получают при выходе компьютера в сеть и при выходе в сеть интернет [4]. Также коммутатор D-LINK DGS-3627G выполняет роль внутреннего маршрутизатора, то есть занимается маршрутизацией пакетов, проходящих внутри сети, например, пакетов проходящих от абонента к абоненту при использовании программного обеспечения DC .На ряду с вышеуказанными функциями коммутатор D-LINK DGS-3610-26G обеспечивает внутреннюю маршрутизацию в сети ООО «СКАЙЛАЙН», то есть отвечает за определение адресата пакета данных, а также за выбор кратчайшего пути пакета внутри сети. Коммутаторы обладают богатым функционалом для обеспечения безопасности сети, включая списки контроля доступа (Access Control List, ACL), аутентификацию 802.1x на основе портов / МАС-адресов, а также аутентификацию 802.1х в Guest VLAN, что позволяет получать доступ к сети только авторизованным пользователям. Для обеспечения нужного качества обслуживания (Quality of Service, QOS) коммутаторы поддерживают очереди приоритетов 802.1p и классификацию пакетов на основе TOS, DSCP, MAC-адресов, IP-адресов, VLAN ID и протоколов уровня 4, позволяя пользователям использовать в сети чувствительные к задержкам приложения, такие как потоковое аудио и видео, и VOIP. Коммутаторы DES-3526 легко объединяются в стек, настраиваются вместе с любыми другими коммутаторами с поддержкой D-Link Single IP Management, включая коммутаторы 3-го уровня ядра сети, для построения части многоуровневой сети, структурированной с магистралью и централизованными быстродействующими серверами. При использовании двух или более коммутаторов (например, при нехватке портов для подключения абонентов на одном коммутаторе) эти коммутаторы объединяются в стек коммутаторов, при этом полученная группа идентифицируется остальными сетевыми устройствами как один коммутатор - имеет

В поисках лучших условий подключения к ресурсам глобальной сети пользователи нередко обращаются сначала к одному Интернет-провайдеру, потом к другому, пытаясь отыскать совершенную во всех смыслах связь. Абоненты отдают предпочтение тем провайдерам, которые предлагают максимально удобные тарифы, качественные услуги, современную простую реализацию способов подключения к сети, чем у других, и множество иных услуг. Естественно, определяющим критерием выбора является в первую очередь качество предоставляемых услуг.

Опытные пользователи знают, как отличить достойного внимания провайдера от прочих. Ведущие Интернет-провайдеры, прежде всего, характеризуются не только умением зарабатывать деньги, но и способностью обеспечивать абонентов доступными услугами самого высшего уровня.

Пользователям, предпочитающим сотрудничать с перспективным провайдером, не приходится стоять в долгих очередях для того, чтобы получить консультацию. Теперь нужную информацию можно получить у менеджеров, которые не только ответят на все вопросы, но и помогут выбрать соответствующий требованиям пакет предоставляемых услуг.

Ведущие Интернет-провайдеры отличаются от прочих и тем, что легки на выдумки. Такие провайдеры регулярно предлагают пользователям интересные программы (бонусы, скидки), которые становятся идеальным стимулом спроса. Так, например, в некоторых случаях постоянным абонентам предоставляется возможность выбрать необходимый вид обслуживания. Иногда абоненту вручается более интересные бонусы. Все эти сервисы может только предложить современная мультисервисная сеть Интернет-провайдера.

Мультисервисная сеть позволяет оператору любого уровня, на любой территории в масштабах области, города, поселка предоставлять каждому абоненту следующие услуги связи: 1) многоканальное кабельное телевидение;

2) высокоскоростной доступ к сети Интернет;

3) организация каналов видеонаблюдения;

4) организация сети передачи данных Ethernet;

5) сбор учетной и телеметрической информации и управление приборами учета для ЖКХ;

6) другие услуги, которые могут потребоваться массовым абонентам.

В связи с улучшением работы организации и сокращения затрат на техническую поддержку абонентского доступа необходимо провести модернизацию сети организации. Поэтому и было принято решение о разработке мультисервисной сети ООО «СКАЙЛАЙН».

Выбор наиболее подходящего решения технологии IPOE, из предложенных вариантов предоставления абонентского доступа, повлиял на сокращение затрат на техническую поддержку абонентов.

Мультисервисная сеть организации разрабатывалась в соответствии с требованиям, предлагаемым к построению современных мультисервисных сетей. Для построения новой сетевой инфраструктуре предлагается приобрести и заменить программный маршрутизатор на Cisco SCE2020, который отвечает за внешний доступ, классификацию трафика, шейпинга полосы пропускания для каждого абонента, безопасность, фильтрацию и обеспечения необходимых ресурсов для внедрения и развитие новых видов услуг. И приобрести и заменить сервисный шлюз Erricson SMARTEDGE 100, который позволит обеспечить помимо маршрутизации и фильтрации абонентского трафика и дополнительные услуги, удовлетворяющие современным стандартам сетей следующего поколения.

1 Диагностический анализ предприятия

По итогам проведенного исследования можно сделать следующие выводы: ООО «СКАЙЛАЙН» является успешным предприятием, имеющим положительную динамику роста.

Приоритетными стратегическими целями развития ООО «СКАЙЛАЙН» должны стать: 1) увеличение доли на рынке провайдеров города Ставрополя;

2) наращивание постоянной абонентской базы;

3) расширение спектра оказываемых услуг.

Посредством выполнения вышеназванных целей, компания выполнит свою основную цель - увеличение объемов получаемой прибыли.

При проведении анализа были выявлены основные проблемы, решение которых существенно увеличит доходы предприятия: 1) использование смешанной топологии сети, соответственно, усложняется мониторинг сети, увеличивается время восстановления после аварийной ситуации. Так же сюда относится наличие в сети цепочек из коммутаторов, что чревато полной неработоспособностью всей цепи при выходе из строя первого коммутатора в цепи;

2) отсутствие резервных линий связи, то есть при выходе из строя линии, соединяющей узловое оборудование, сегмент сети окажется полностью изолированным от остальной сети (отсутствие доступа к локальным ресурсам, отсутствие выхода в интернет). Отсутствие аварийного питания на некотором узловом оборудовании;

3) эксплуатация устаревшего оборудования. Использование такого оборудования в случае перегрузки сети, либо магистрального канала, чревато большими потерями пакетов адресованных, либо принимаемых абонентом. Кроме того, устаревшее оборудование может не поддерживать новейшие технологии передачи данных, например, передача данных с использование протокола IPV6;

4) использование в сети оборудования, рабочая загрузка которого чрезвычайно мала. Использование такого оборудование нецелесообразно с экономической точки зрения, так как амортизационные расходы оборудования, а также возможные расходы на поддержание работоспособности будут превышать доход от использования такого оборудования;

5) недостаточная ширина внешнего магистрального канала, влекущая за собой постоянные перегрузки в часы наивысшей нагрузки.

Были выбраны методы решения данных проблем, позволяющие полностью устранить проблему, либо значительно сократить отрицательное влияние некоторых факторов на общую работоспособность сети: 1) реорганизация сети, включающая в себя приведение существующей топологии к классической «звезде», устранение цепочек из коммутаторов путем установки дополнительных узлов, объединяющих несколько коммутаторов;

2) резервирование линий связи путем введения дополнительных линий связи, позволяющих при аварийной ситуации использовать их для передачи данных. Установка на узловом оборудовании бесперебойного оборудования;

3) замена устаревшего оборудования на более современное, отвечающее необходимы требованиям;

4) замена оборудования, работающего «вхолостую», на оборудование, которое будет четко соответствовать поставленным задачам. Замененное оборудование при дальнейшем росте сети возможно использовать снова, либо продать, а на вырученные средства приобрести оборудование, которое будет отвечать настоящим требованиям;

5) расширение магистрального внешнего канала позволит не испытывать перегрузок канала при росте количества абонентов, влекущем за собой повышение количества абонентов, единовременно использующих внешний канал.

При решении вышеуказанных проблем посредством применения данных методов позволит значительно улучшить качество предоставляемых услуг, привлечь большее число абонентов, значительно сократить отток абонентов к конкурирующим провайдерам. Так же замена некоторого оборудования позволит сэкономить денежные средства.

2 Анализ сети, функционирующей на предприятии

2.1 Общий обзор сети ООО «СКАЙЛАЙН»

Сеть организации ООО «СКАЙЛАЙН» представляет собой мультисервисную сеть. Мультисервисной называется сеть, которая способна поддерживать интеграцию услуг передачи данных, голосовых данных и мультимедиа. Схема сети представлена на рисунке 2.1 [4].

Проведем краткий обзор сети ООО «СКАЙЛАЙН». Основная серверная стойка ООО «СКАЙЛАЙН» находится в ЦОДЕ ЗАО «Синтерра-Юг». Внешним магистральным каналом является канал, находящийся в собственности ОАО «МЕГАФОН». Пропускная способность канала - 400 Мбит/с. Внешний канал стыкуется с внутренней сетью через коммутатор D-LINK DGS-3610-26G, через этот же коммутатор с сетью ООО «СКАЙЛАЙН» стыкуются два интернет провайдера: ООО «STAVNET» и ООО «Квартал Плюс» («Формула Связи»). Данный стык позволяет объединить сетевые ресурсы трех интернет провайдеров в единое сетевое пространство, обеспечивающее абонентов этих трех провайдеров неограниченным доступом к сетевым ресурсам каждого из них.

Так же к коммутатору D-LINK DGS-3610-26G подключен пограничный маршрутизатор, представляющий собой двухюнитовую серверную машину AIC-RMC-2b-0-2. Пограничный маршрутизатор отвечает за обмен информацией с маршрутизаторами, принадлежащим другим автономным системам. Как раз благодаря нему абоненты сети ООО «СКАЙЛАЙН» получают возможность доступа к локальным ресурсам других автономных сетей: ООО «STAVNET» и ООО «Квартал Плюс».

Рисунок 2.1 - Схема мультисервисной сети ООО «СКАЙЛАЙН»

Коммутатор D-LINK DGS-3610-26G напрямую соединен с коммутатором D-LINK DES-3526, к которому подключены следующие серверы: 1) основной сервер биллинговой системы;

2) резервный сервер биллинговой системы;

3) сервер доменных имен (DNS);

4) сервер передачи речевых данных (VOIP-сервер);

5) сервер доступа;

6) сервер мониторинга сети.

На сервере биллинговой системы установлена серверная версия BGBILLING 5.0, отвечающая за взаимодействие провайдера и абонентов.

На резервный сервер биллинговой системы настроено зеркальное резервирование необходимых баз данных биллинга BGBILLING 5.0.

DNS-сервер принимает и отвечает на DNS-запросы от абонентов.

VOIP-сервер отвечает за работоспособность внутренней IP-телефонии.

Сервер доступа отвечает за возможность абонента пользоваться услугами интернета, так называемый протокол AAA (аутентификация, авторизация, аккаунтинг). На этапе аутентификации проверяется совпадение введенных абонентом логина и пароля с хранящимися в базе данных биллинговой системы. На этапе авторизации происходит сопоставление учетной записи в системе и персоны, прошедшей аутентификацию и определенных полномочий или запрета на доступ. На этапе аккаутинга происходит слежение за потребляемыми абонентом ресурсами, например, количеством потребленного трафика, либо времени, проведенного во внешней, либо внутренней сети. Также на сервере доступа хранятся блоки IP-адресов (внешних и внутренних), которые абоненты получают при выходе компьютера в сеть и при выходе в сеть интернет [4].

Функцией сервера мониторинга сети является слежение за состоянием внутренней сети ООО «СКАЙЛАЙН». На данном сервере находятся приложения, отвечающие за это: mrtg, nagios, zabbix и т.д.

Коммутатор D-LINK DES-3526 напрямую соединен с коммутатором D-LINK DGS-3627G, он объединяет внешнее оборудование с ядром, находящемся в ЦОДЕ ЗАО «Синтерра-Юг» по оптическим каналам связи. Каналы связи идут на абонентский и технический офисы, а также на агрегационные узлы связи, находящиеся на близком расстоянии от офиса ЗАО «Синтерра-Юг». Также коммутатор D-LINK DGS-3627G выполняет роль внутреннего маршрутизатора, то есть занимается маршрутизацией пакетов, проходящих внутри сети, например, пакетов проходящих от абонента к абоненту при использовании программного обеспечения DC .

Оптический кабель от основной серверной стойки входит в коммутатор D-LINK DGS-3100-24TG. Оттуда по витой паре соединяется с D-LINK DES-3526, от него идет связь с WI-FI роутером ASUS WL520GC, который обеспечивает выход в интернет сотрудникам абонентского отдела. Также по витой паре от коммутатора D-LINK DES-3526 доступ к сети и интернету получают юридические лица, находящиеся в одном офисном здании с абонентским отделом ООО «СКАЙЛАЙН».

Также от коммутатора D-LINK DGS-3100-24TG оптическая линия связи соединяет офис технического отдела с ЦОДОМ ЗАО «Синтерра-Юг». Стык между ними происходит на коммутаторе D-LINK DGS-3100-24TG, от которого по витой паре идет соединение с коммутатором D-LINK DES-3526. DES-3526 обеспечивает доступ к сети и интернету работникам технического отдела. Кроме данного оборудования в серверной стойке технического отдела находятся сервер мультимедиа с интегрированным web-сервером, и игровой сервер.

Сервер мультимедиа представляет собой хранилище мультимедиа файлов, к которым абонент может получить доступ через web-интерфейс. Также на данной машине находится локальная версия сайта, доступ к которому абонент может получить из сети.

Также из офиса технического отдела по оптическим каналам связи соединяется оборудование в близлежащих домах при помощи коммутаторов D-LINK DGS-3100-24TG.

Агрегация сети по сегментам происходит при помощи коммутаторов D-LINK DGS-3100-24GT, соединенными с ядром сети оптическими каналами связи. Дома подключаются по оптическим каналам связи, идущих от узловых коммутаторов D-LINK DGS-3100-24GT. На каждом доме находятся от одного и более коммутаторов D-LINK DES-3526, либо D-LINK DES-1228/ME, от которых по витой паре идет связь абонентов ООО «СКАЙЛАЙН» к внутренней сети и сети интернет.

2.2 Анализ обеспечивающей части сети

2.2.1 Перечень используемых протоколов в сети

Передача данных в сети ООО «СКАЙЛАЙН» обеспечивается следующими протоколами: На канальном уровне используются: Протокол передачи данных Ethernet.

Данная пакетная технология передачи данных выбрана для использования в сети, как самая подходящая, это обусловлено такими факторами как: 1) экономические факторы: низкая стоимость кабеля «витая пара» и сетевого оборудования;

2) возможность использования стандартного сетевого оборудования;

3) большое разнообразие сетевого оборудования на рынке информационных технологий;

4) достаточная надежность и помехоустойчивость;

5) PPTP - туннельный протокол типа точка-точка.

Использование данного протокола обусловлено: 1) возможность шифрования передаваемых данных;

2) подходит для сетей с не малым числом абонентов;

3) возможность привязки IP адреса пользователю через биллинг;

4) простая настройка оборудования;

5) приемлемые требования к аппаратным ресурсам сервера доступа.

На сетевом уровне используются: 1) протокол ICMP. Используется для мониторинга сети. ICMP-сообщения сообщают об ошибках передачи данных в сети, либо посылают сигнал о том, что заданный хост или узел недоступен. Пакеты данного типа используют программы типа Zabbix, Nagios; [3].

2) протокол ARP. Используется в сети для сопоставления IP-адреса mac-адресу;

3) протокол IPV4;

На транспортном уровне используются: 1) протокол TCP. Считается наиболее совершенным и распространенным протоколом из всех доступных на сегодняшний день. Все современные операционные системы поддерживают данный протокол. Стек протоколов TCP/IP является стандартным протоколом для сети интернет. Возможность объединения неоднородных систем в единую сеть [6];

2) протокол UDP. Используется, когда не требуется надежность передачи данных: аутентификация пользователей на сервере доступа, для игр в реальном времени на игровом сервере, при просмотре потокового видео, прослушивании сетевого радио [6];

3) протокол DHCP. Сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Благодаря этому протоколу, абоненты получают IP-адрес при обращении их оборудования к серверу доступа [6];

На сеансовом уровне используются: 1) протокол SSL. Криптографический протокол, обеспечивающий безопасное соединение клиента с сервером. Используется технология открытого ключа. Данный протокол используется сотрудниками технического отдела для управления серверами [3];

На прикладном уровне используются: 1) протокол FTP. FTP позволяет подключаться абонентам к серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер. Используется при обращении абонентов к серверу мультимедиа [6];

2) протокол Telnet. Используется работниками технического отдела для доступа к сетевому оборудованию (коммутаторам), для выявления неполадок и внесения изменений в конфигурацию [3];

3) протокол DNS. DNS компьютерная распределенная система для получения информации о доменах. Используется для определения IP-адресов внутренних ресурсов сети ООО «СКАЙЛАЙН» по их доменному имени [6];

4) протокол HTTP. Используется при доступе к локальным ресурсам, имеющим web-интерфейс: личный кабинет абонента, мультимедиа сервер, локальный сайт компании [6];

5) протокол SNMP. Используется для управления сетью на основе архитектуры UDP. Также эта технология, обеспечивает контроль над устройствами и приложениями в сети связи [6];

На основе описанных выше протоколов, используемых в сети ООО «СКАЙЛАЙН», можно сделать вывод, что компания использует стандартные протоколы и стеки протоколов, это дает некоторые преимущества: 1) экономия денежных средств на закупку стандартного сетевого оборудования;

2) абонентам не нужно приобретать дополнительное оборудование для пользования базовыми услугами, представляемыми компанией (доступ к сетевым ресурсам, доступ к ресурсам сети интернет);

3) экономия временных ресурсов работников компании на настройку сетевого оборудования;

Также использование протоколов контроля и управления сетью повышает эффективность мониторинга сети и позволяет быстро среагировать при возникновении аварийной ситуации на любом из сегментов сети.

Отрицательными моментом является использование туннельного протокола типа точка-точка (PPTP). Использование данного протокола оправдано при единовременном наличии не слишком большого числа активных туннелей до сервера доступа. При росте числа абонентов необходимо будет наращивание производительности сервера.

При использовании протокола PPTP необходима первичная настройка абонентского оборудования, что отнимает время у монтажной бригады. При переустановке операционной системы, либо программных сбоях у абонента, необходима перенастройка подключения, что вызывает дополнительную нагрузку на отдел технической поддержки.

2.3 Анализ используемого активного оборудования в сети

Активным сетевым оборудованием является оборудование, которое читает информацию из данных (например, МАС-адреса или типы протоколов передачи) и в зависимости от нее определяет свои дальнейшие действия. К активному оборудованию относятся мосты (bridges), коммутаторы, маршрутизаторы.

Рассмотрим активное сетевое оборудование, используемое в сети компании ООО «Скайлайн».

2.3.1 Коммутатор D-LINK DGS-3610-26G

Коммутаторы серии DGS-3610 обеспечивают высокую плотность портов для подключения рабочих мест, оснащены слотами SFP для гибкого подключения по оптике к магистрали сети и серверам для передачи большого объема трафика, слотами для установки модулей расширения с портами 10 Gigabit Ethernet и поддерживают расширенные функции уровня 3 .

В открытые слоты 10GE могут устанавливаться два варианта модулей: DEM-412X и DEM-412CX. Эти модули также являются новинкой в продуктовом ряду D-Link. DEM-412X оснащен одним портом XFP позволяет организовать uplink-соединение по оптике, в то время как DEM-412CX при стекировании обеспечивает взаимодействие между устройствами по меди.

Функционал 3 уровня включает поддержку статической IPV4/IPV6-маршрутизации, протоколов RIP v.1/2, OSPF и VRRP, RIPNG, ICMP v6, туннелирование IPV6 и BGP v.4. Помимо этого, данные коммутаторы поддерживают таблицы коммутации 3 уровня размером 8К и маршрутизации размером 12К.

Коммутатор DGS-3610-26G поддерживает расширенные функции безопасности, включая функцию CPP (CPU Protection Policy), обеспечивающую защиту центрального процессора от перегрузки, до 1790 многоуровневых списков контроля доступа (ACL), до 84 записей на порт в таблице IP-MAC-Port Binding и функцию Port Security (до 16 МАС-адресов на порт коммутатора). Кроме того, коммутатор DGS-3610-26G поддерживает управление доступом 802.1х на основе портов и МАС-адресов.

Расширенные функции управления качеством обслуживания (QOS) и поддержка восьми очередей приоритетов для каждого порта позволяют настраивать классификацию трафика на основе данных второго, третьего и четвертого уровней. Функция управления полосой пропускания с шагом 64 Кбит/с позволяет ограничивать полосу пропускания для каждого порта. Функция управления полосой пропускания с шагом 64 Кбит/с для каждого потока (per flow bandwidth control) обеспечивает более гибкую настройку полосы пропускания канала связи. Все это позволяет провайдерам услуг предоставлять своим клиентам дифференцированное обслуживание и предлагать широкий выбор разнообразных тарифных планов. Коммутатор DGS-3610-26G обладает рядом функциональных возможностей по организации резервирования и повышения отказоустойчивости сети, включая поддержку 802.1d Spanning Tree, 802.1w Rapid Spanning Tree, 802.1s Multiple Spanning Tree, STP Loopback Detection и агрегирования каналов 802.3ad Link Aggregation. Коммутаторы позволяют создавать до 12 групп агрегированных каналов по 8 портов Gigabit Ethernet или по 2 порта 10Gigabit Ethernet в каждой.

Для повышения отказоустойчивости DGS-3610-26G обладает возможностью подключения резервного источника питания DPS-510, специально разработанного для данной серии [19].