From L-relcom@kiae.su Thu Feb 24 21:25:18 1994
To: subscribers@sequent.kiae.su
From: alex@kiae.su
Newsgroups: relcom.tcpip
Subject: [News] Патент N (проект -:))
Date: Fri, 25 Feb 94 00:11:19 +0300
Distribution: su
Organization: Kurchatov Inst. of Atomic Energy
Reply-To: alex@kiae.su
X-Return-Path: pincom.kiae.su!alex
Sender: L-relcom@kiae.su
X-Class: Big
Content-Length: 14712
X-Lines: 254
Status: RO

Ниже следует весьма занимательный документ - проект сети
передачи данных. Просьба, если кто его осилит и
найдет, чего сказать - пришлите отзывы.

---------------------------------------------------------
                                     1


     Закурдаев С.В.

                    Иерархическая сеть связи
                      патент РФ N 2004946


     Современные    информационно    вычислительные        центры    (ИВЦ),
функционирующие на различных уровнях управления (федеральном, региональном,
городском),   представляют    собой    комплекс    разнообразных    средств
вычислительной техники  (СВТ), об'единенных  с помощью одной или нескольких
локальных сетей (чаще всего Ethernet), которые в свою очередь связаны между
собой с  помощью специальных  устройств -  мостов (bridqe),  обеспечивающих
"прозрачное" соединение любых ЭВМ, независимо 2т их местоположения.
     Мост  при   об'единении  сетей   осуществляет  операцию   "фильтрации"
протокольных блоков  канального (2)  уровня на  основе сравнения  48-битных
МАС-адресов  (MAC-уровень   доступа  к   среде  передачи),  содержащихся  в
таблицах, включающих  адреса станций  двух сегментов  сети по  обе  стороны
моста,- с адресом назначения поступившего блока информации (рис.  ).
     Об'единение  нескольких   ИВЦ  в   единую  сеть  (на  федеральном  или
региональном уровнях)  должна  не  просто  соединить  ЛС  всех  ИВЦ,  но  и
обеспечить взаимодействие  любых, входящих  в них,  ЭВМ на  базе протоколов
транспортного (4) уровня.
     Оснащение ИВЦ  современными высокопроизводительными ЭВМ резко повышает
требования  к  скорости  и  надежности  системы  передачи  данных,  которые
невозможно  удовлетворить   в  рамках   существущей  инфраструктуры   связи
(модернизация и  развитие которой  потребует не  менее 10-15  лет и  многих
соттен миллионов долларов США).
     Решение этой  задачи с  наибольшей эффективностью  возможно обеспечить
методом наложения на существующую сеть
     Существующие  информационно-вычислительные   центры   (ИВЦ)   включают
большой набор разнообразных (гетерогенных) ЭВМ,в связи с чем их об'единение
в  большие   информационно-вычислительные  сети  (ИВС)  на  региональном  и
федеральном  уровнях   представляет  собой   сложную  задачу,  связанную  с
необходимостью сопряжения  различных протоколов  связи(1-3)  уровни  OSI  и
различного программного обеспечения об'единяемых ЭВМ (4-7) уровни OSI.
     С целью  повышения эффективности  функционирования  ИВЦ  и  унификации
проблемы внешней  связи все  средства вычислительной  техники (персональные
ЭВМ, мини-ЭВМ  и большие  ЭВМ) об'единяются  с помощью  локальной  сети  (в
основном (70%)  типа Ethernet  международный протокол  .ISO8802.3), которая
для поддержания высоких вероятностно-временных характеристик разбивается на
подсети (сегменты),  об'единяемые с помощью специальных межсетевых станций-
мостов (bridge), являющихся прозрачными для протоколов высших уровней (4-7)
OSI.
     Существующие мосты,  получившие широкое  распространение во  всем мире
(только в  США их  производством заняты  более 75  ведущих  компьютерных  и
телекоммуниикационных компаний,  в том  числе AI&T,  IBM, DEC,HP)  содержат
базу  данных  (адресов),  которая  заполняется  под  управлением  протокола
IEEE802.1D  и  содержит  две  таблицы  адресов  (в  одной  адреса  станций,
находящихся в данной сети, во второй-адреса станций, вне данной сети).
     Мост, об'единяющий  две сети  осуществляет их логическое соединение на
канальном(2) уровне  OSI,который в локальных сетях разбит на два подуровня:
управление  логическим   каналом(LLC)  и   управление  доступом   к   среде
передачи(MAC).

                                     2


     Основной функцией  моста является операция сравнения адреса назначения
поступившего протокольного  блока данных  (адрес  МАС-уровня)  с  адресами,
содержащимися  в   базе  данных,   осуществляя  таким   образом  фильтрацию
протокольных блоков данных при их межсетевой ретрансляции.
     Большому  распространению   мостов  способствуют   ряд   присущих   им
достоинств:
     -простота установки (не требующая реконфигурации сети);
     -гибкость и адаптивность;
     -прозрачность для протоколов высших уровней;
     -возможность об'единения сетей с разными скоростями;
     -высокое отношение  эффективность/стоимость, обусловленное простой как
архитектуры так и функций, выполняемых мостом.
     Недостатки существующих мостов:
     -накопление транзитной задержки в каскадных сетях;
     -ограничение на  размеры об'единенной  сети  вследствии  ограниченного
об'ема таблиц (4096);
     -невозможность применения в сетях с узловой ячеистой структурой;
     -отсутствие  защиты  от  широковещательного  "шторма"  (т.е.отсутствие
средств  локализации  распространения  блоков  данных  с  широковещательным
адресом), не позволяют их использовать в больших территориальных сетях.
     Эти недостатки  могут быть преодолены только при полном отказе в сетях
любых  раэмеров    (от  локальных  до  глобальных)  от  узловой  коммутации
(маршрутизации), что возможно сделать лишь с помощью новой коммуникационной
парадигмы   (концептуальной   схемы),в   которой   ее   основные   элементы
(топология,коммутация   и    адресация)   реализованы    в    патенте    МП
"ИНФОНЕТ":"Иерархическая сеть связи"[](рис.  ):
     -топология -  открытая многоярусная иерархическая структура, в которой
на каждом  уровне иерархии  используются сети  с  широковещательной  (шина,
дерево, звезда) или кольцевой структурой;
     -коммутация  -  межсетевая  ретрансляция  протокольных  блоков  данных
(frame,cell) в  патентованных  мостах  (Z-BRIDGE),  обеспечивающих  нулевую
транзитную задержку (рис.);
     адресация  -   аппаратная   адресация   на   МАС-уровне,   использущая
иерархическую кластерную адресацию в рамках 48-битного МАС-адреса.
        1.Принципы построения иерархической сети ИВЦ.
     Предлагаемые мосты  Z-BRIDGE, обеспечивающие  построение  об'единенной
локальной сети  ИВЦ иерархической  (вертикальной) структуры (рис.) включают
аппаратно-реализованный блок фильтрации протокольных блоков данных, который
при полном  отсутствии таблиц  адресов осуществляет  единственную  операцию
сравнения адреса назначения принятого блока данных с адресом самого моста в
темпе приема.
     Иерархическая структура  предлагаемых сетей ИВЦ и уникальное положение
мостов в  каждой подсети,  когда через  него  проходит  весь  внутренний  и
внешний трафик  данной подсети,-позволяют  организовать высоко  эффективные
общесетевые    службы:Управление     сетью,    Управление     перегрузками,
Административное управление.
     Центр управления  сетью (NCC)  обеспечивает функционирование следующих
программ:
     -"Конфигурация сети"  - организация  и ведение базы данных, содержащей
описание  каждой   станции.в  сети   (имя,  адрес,   параметры  связи,  тип
программного обеспечения, таблица характеристик и параметров и т. п.);
     -"Управление доступом" - организация и ведение базы данных, содержащей
пароль,  уровень   безопасности  и   правом  на  доступ,  используемые  для
управления и контроля за доступом;

                                     3


     -"Автоматическая  загрузка"  -  обеспечивает  автоматическую  загрузку
программного обеспечения во вновь подключаемых станциях;
     -"Контроль  сети"   -   осуществляется   с   помощью   дополнительного
специального  программого  обеспечения  (Status),  осуществляющего  сбор  и
обработку данных в сети и обеспечивающего:
     1.Контроль работоспособности станций в сети.
     2.Централизованный сбор статистических данных трафика.
     3.представление собранных данных.

     Отсутствие в России хорошо развитой инфраструктуры телефонной связи не
позволяют организовать  качественное межсетевое соединение ИВЦ традиционным
путем:
     -по арендованным телефонным линиям (V.24/V.35);
     -по коммутируемым каналам (X.21);
     -по сети с коммутацией пакетов (X.25).
     В   этих   условиях   радикальным   решением   является   приоритетное
использование спутниковых  систем связи  (SWAN), но  не в качестве придатка
существующей наземной инфраструктуры, а в виде самостоятельной (выделенной)
сети.


    2.Принципы построения федеральных и региональных иерархических
                            сетей ИВЦ.
     Об'единение  нескольких   ИВЦ  в   единую   сеть   должно   обеспечить
взаимодействие двух  (или более)  ЭВМ, входящих  в разные  ЛС ИВЦ,  на базе
протоколов траннспортного  (4) уровня  OSI, что  возможно сделать с помощью
остовной  (backbone)   сети,  в   качестве  которой   для  создания   сетей
федерального  и   регионального  уровня   необходимо   использование   двух
спутниковых сетей, связанных между собой с помощью межсетевой системы (рис.
) ,  находящейся на  пересечение спутниковых  зон обслуживания и включающей
двузеркальный приемо-передающий  комплекс (диаметр  артенн   5-7 м,скорость
передачи     512  Кбит/с),  соединенный  с  локальной  сетью  через  мосты,
обеспечивающих межсетевую ретрансляцию информации.
     Региональные ИВЦ,  в качестве  абонентов спутниковой  сети, оснащаются
терминалами с  очень маленькой  апертурой (VSAT) с антенной диаметром  1,5-
2,5 м,  которые через  мосты соединены  с ЛС  ИВЦ  (скорость  передачи  128
Кбит/с, MDЧР, скорость приема 512 Кбит/с, МDВР).
     Центр управления  сетью, соединенный  с  ЛС  межсетевой  системы,имеет
возможность контролировать  весь циркулирующий  в сети  трафик и эффективно
выполнять как  управляющие,  так  и  административные  функции  (управление
доступом,назначение паролей,уровней секретности,начисление оплаты и т.п.).
     Федеральный  уровень   сети  включает   Главные   ИВЦ   Правительства,
министерств, ведомств  и департаментов  РФ, связанных между собой с помощью
высокоскоростной городской выделенной волоконно-оптической сети.
     Доступ в спутниковую сеть осуществляется с помощью антенного комплекса
с диаметром  антенны 5-7м,  скорость передачи  512 Кбит/с, находящегося вне
Москвы и  связанного  с  городской  волоконно-оптической  сетью  с  помощью
удаленных мостов.
     Иерархическая городская  интегральная сеть  с  использованием  главной
(васкволе) сети  и подсетей с протоколом DQDB MAN со скоростями передачи от
34 до 155Мбит/с и размерами до 200км;
     -иерархические сети  микрорайонов, построенные  на базе  интерактивных
сетей кабельного  телевидения, использующие  кабельные  трассы  абонентской
сети АТС и соединенных с ней с помощью шлюза.

                                     4


     Иерархическая структура  всех предлагаемых  сетей позволяет  построить
высокоэффективные    открытые     общесетевые    службы     управления    и
администрирования.
     Структурная надежность иерархических сетей обеспечивается традиционным
путем: многократным  дублированием узлового оборудования и дублированием (в
режиме разделения  нагрузки) каналов  связи  (двойные  шины  в  наземных  и
бортовых сетях и дублированные каналы в спутниковых сетях).
     3.Принципы построения бортовой сети межлучевой коммутации.
     Перспективные  спутники  сязи,  использующие  многолучевые  антенны  и
полную обработку  информации на  борту, должны  решить проблему  межлучевой
коммутации.
     При использовании  системы MDBP обеспечивается коммутация протокольных
блоков данных, которую возможно реализовать с помощью систем:
     -синхронного бортового коммутатора;
     -бортовой локальной сети.
     Бортовой коммутатор  выполняется в виде коммутационной матрицы,которая
обеспечивает синхронную  коммутацию  протокольных  блоков  данных  согласно
алгоритму,хранящемуся в  памяти блока управления и формируемому по запросам
от  земных  станций.При  этом  необходима  жесткая  взаимная  синхронизация
передачи данных во всех лучах.
     Локальные сети  (ЛС) по функциональным возможностям представляют собой
распределенный коммутатор,  в котором  передача протокольных  блоков данных
между  абонентами  может  быть  обеспечена  как  в  асинхронном,  так  и  в
синхронном режимах.
     Использование ЛС  в качестве  бортовых коммутаторов (рис.  ) позволяет
рассматривать  ее   как  верхний   уровень  (backbone)   по   отношению   к
сетям,организованных  на   базе  отдельных   лучей.Блок  фильтрации   моста
восходящего трафика  данных обеспечивает  его разделение  на внешний поток,
передаваемый  через   соответствующий  интерфейс   в  локальную   сеть,   и
внутренний, поступающий  в  БЗУ  моста  для  последующей  передачи  вниз  в
соответствующую сеть.
     Блок фильтрации  моста нисходящего  потока каждого  луча  обеспечивает
выделение из  общего потока данных трафика,циркулирующего в ЛС протокольные
блоки данных  адресованные только станциям, находящимся в зоне обслуживания
только данного луча.
     Весь  трафик,циркулирующий   по   локальный   сети   сбрасывается   по
специальному каналу  на центральную  станцию контроля  и управления (ЦСКУ),
где обеспечивается его обработка (в том числе и с целью начисления оплаты).
     В каждом  луче размещаются  центральные станции  (ЦС),  обеспечивающие
контроль и  управленние сетью  данного  луча  (в  том  числе  и  начисление
оплаты), с периодической передачей обобщенной информации в ЦСКУ.
     С учетом  периода эксплуатации  спутника связи ( 7-10 лет) должны быть
использхованы  высококачественные   локальные  сети   на  базе   волоконно-
оптических каналов,  большой пропускной способностью (порядка 100 Мбит/с) и
высокой надежности и отвечающих требованиям международных стандартов.
     Этим требованиям  отвечают  протоколы  FDDI  (цифровой  распределенный
волоклнно-оптический интерфейс)  и DQDB  (распределенная  очередь  на  базе
двойной шины).
     Протокол DQDB является более предпочтительным по нескольким причинам:
     -большей структурной  надежностью и  способностью к самовосстановлению
связности (свойство двойных петлевых структур);
     -аппаратное  решение   блока  доступа,   существенно  облегчающее  его
сопряжение с аппаратным блоком фильтрации моста;

                                     5


     -унифицированный выбор типа сети для городского (федерального) уровня,
для межсетевой спутниковой системы и бортовой локальной сети.
                          Этапы внедрения
     Открытый характер предполагаемой сети связи (как по количеству и типам
об'единяемых сетей,  так и  по числу уровней иерархии) позволяет развернуть
работы параллельно по всем перечисленным выше направлениям, отдав приоритет
в разработке семейства мостов:
     -Мост (Ethernet-Ethernet) - для об'единения локальных сетей ИВЦ
     -Мост (Ethernet-DQDB) - для об'единения локальных и городских сетей
     -Мост (Ethernet-спутниковый  интерфейс) - для построения федеральных и
региональных сетей
     -Мост  (DQDB-спутниковый   интерфейс)  -  для  межспутниковой  сети  и
бортового коммутатора.




