Cap. VI : Tehnologii şi topologii WAN

Reţelele de mare suprafaţă (Wide Area Network - WAN) sunt compuse din routere, proto-coale de rutare şi instalaţii de transmisie. Construite corespunzător, WAN-urile permit conectarea împreună a reţelelor LAN, indiferent cât de mari sunt distanţele geografice care le separă. Cuvintele cheie aici sunt construite corespunzător. Proiectarea, construirea şi administrarea reţelelor WAN necesită un set de aptitudini foarte diferit de cel pentru administrarea reţelelor client/server sau LAN. Acest capitol examinează diversele componente care formează o reţea WAN, preţul relativ şi avantajele fiecăreia.

6.1. Tehnologii WAN Reţelele de mare suprafaţă (WAN) şi tehnologiile lor componente continuă să crească în im-

portanţă. Nu cu foarte mulţi ani în urmă, companiile aveau nevoie de reţele WAN doar pentru interconectarea a două sau mai multe locaţii de lucru. Aceasta este încă o întrebuinţare valoroasă şi importantă a tehnologiilor WAN, dar apar cu repeziciune alte posibile utilizări. De exemplu, o companie cu o singură locaţie de lucru ar putea avea nevoie de o conexiune robustă la Internet care să ofere suport pentru marketing, legătura cu clienţii şi multe alte funcţii. Alternativ, subcontractarea anumitor operaţii şi funcţii, ca şi eforturile comune cu alte companii, pot necesita interconectarea reţelelor LAN particulare.

Din nefericire, reţelele WAN şi LAN sunt foarte diferite. Majoritatea tehnologiilor LAN aderă strâns la standarde industriale. WAN-urile sunt structuri complexe, construite din numeroase tehnologii diferite - unele standardizate, altele brevetate. De asemenea, multe dintre tehnologiile concurente se diferenţiază radical prin caracteristici, performanţe şi preţ. Cea mai dificilă parte a construirii unui WAN este alegerea tehnologiilor corespunzătoare care să satisfacă necesităţile fundamentale ale afacerii. Pentru aceasta este necesară o înţelegere profundă a fiecărui aspect al componentelor WAN.

Tehnologia de bază a reţelelor de mare suprafaţă include următoarele: • Instalaţii de transmisie • Hardware de comunicaţii, cum ar fi CSU/DSU (Channel Service Unit / Data Service

Unit - echivalentul digital al unui modem) şi vehicule de margine (routere şi comutatoare) • Adresare inter-reţea • Protocoale de rutare Fiecare dintre aceste tehnologii cuprinde o serie largă de opţiuni şi tehnologii individuale. În

cadrul fiecărei categorii tehnologice apar deosebiri suplimentare în ceea ce priveşte producătorii, modelele şi configuraţiile. Înainte de selectarea distribuitorilor şi produselor specifice, ar trebui să examinaţi fiecare tehnologie pentru a evalua performanţele potenţiale relativ la volumul de trafic WAN la care vă aşteptaţi şi la necesităţile dumneavoastră de performanţă. Deşi o examinare exhaustivă a liniei de produse a fiecărui fabricant este în afara scopului acestui curs, o trecere în revistă a fiecărei tehnologii vă poate furniza o bază solidă pentru propria evaluare a produselor.

6.1.1. Instalaţii de transmisie : instalaţiile de transmisie utilizate pentru a construi WAN-

ul prezintă cea mai bogată serie de opţiuni pentru cel care planifică reţeaua. Aceste instalaţii acoperă o gamă largă de dimensiuni, tipuri şi preţuri. De exemplu, instalaţiile de transmisie pot avea dimensiuni (lărgime de bandă) variind între 9,6 Kbps şi 44,736 Mbps sau mai mult. Aceste instalaţii de transmisie oferă suport pentru un flux de date digitale la o viteză fixă şi predeterminată. Ele pot fi implementate printr-o varietate de medii fizice, incluzând cabluri torsadate şi fibre optice şi pot oferi, de asemenea, suport pentru numeroase formate de cadre.

51

Aceste instalaţii variază foarte mult şi prin maniera în care asigură conexiunile. Există două tipuri principale de instalaţii de transmisie : cu circuite comutate şi cu pachete comutate. Aceste două tipuri cuprind toate versiunile de instalaţii, deşi inovaţiile tehnologice ar putea să şteargă într-o anumită măsură limitele dintre ele. Unii ar include şi un al treilea tip de instalaţie, numit cu celule comutate, dar acesta este atât de strâns legat de cel cu pachete comutate, încât diferenţa dintre cele două tipuri este mică. Aceste tehnologii sunt descrise pe scurt în capitolul de faţă pentru a furniza contextul pentru selectarea WAN-ului corespunzător.

6.1.1.1. Instalaţii de transmisie cu circuite comutate : comutarea circuitelor (circuit

switching) este o metodă de comunicaţii care creează o cale comutată, dedicată, între două staţii finale. Un bun exemplu de reţea cu circuite comutate este sistemul telefonic. Un telefon este cablat la un comutator de telecomunicaţii al unui oficiu central deţinut şi operat de LEC (Local Exchange Carrier - companie de telecomunicaţii locală). În lume există un număr mare de centrale LEC şi chiar unul şi mai mare de comutatoare de comunicaţii, şi totuşi, un telefon poate stabili o conexiune cu orice alt telefon printr-o serie de comutatoare ale oficiilor centrale intermediare. Conexiunea respectivă este un circuit fizic, dedicat acelei sesiuni de comunicaţii pe toată durata ei. După ce telefoanele îşi termină sesiunile de comunicaţii, circuitul fizic prin infrastructura de telecomunicaţii comutată este închis. Resursele sunt eliberate pentru următorul apel.

Crearea unui circuit fizic dedicat prin comutatoare este esenţa comutării circuitelor. Fiecare unitate de transmisie, indiferent dacă este o celulă, un cadru sau orice altceva care poate fi construit, urmează aceeaşi cale fizică prin infrastructura reţelei. Acest concept poate fi aplicat în mai multe formate diferite. Trei exemple de instalaţii de transmisie cu circuite comutate sunt liniile închiriate, ISDN şi Switched 56, toate discutate în secţiunile care urmează.

A) Linii închiriate : linia închiriată este cea mai robustă şi mai flexibilă dintre instalaţiile de transmisie cu circuite comutate. Aceste circuite sunt numite linii închiriate (leased lines) pentru că sunt închiriate de la companiile de telecomunicaţii în schimbul unei taxe lunare.

În America de Nord, sistemul dominant pentru furnizarea de servicii pe linii digitale închiriate este cunoscut ca sistem T-Carrier. T-Carrier permite unei benzi cu lărgimea de 1,544 Mbps să fie împărţită în canale pentru 24 de instalaţii de transmisie separate, prin două perechi de cabluri. Fiecare canal are o lărgime de 64 Kbps şi poate fi împărţit în continuare în canale chiar mai mici, de exemplu de 9,6 Kbps. Instalaţia de 1,544 Mbps ete cunoscută ca T-l. în sistemul T-Carrier există şi o instalaţie de capacitate mai ridicată. Aceasta este T-3, de 44,736 Mbps.

B) ISDN (Integrated Services Digital Network) : ISDN (reţea digitală cu servicii integrate) este o formă cu „apelare la comandă" a tehnologiei cu circuite comutate, care poate transporta simultan voce şi date prin aceeaşi conexiune fizică. ISDN poate fi folosit cu o interfaţă cu viteză elementară (BRI - Basic Rate Interface) sau cu o interfaţă cu viteză primară (PRI - Primary Rate Interface).

BRI oferă 144 Kbps într-un format cunoscut ca 2B+D. 2B se referă la două canale B de 64 Kbps, care pot fi legate împreună pentru a forma o singură conexiune logică la 128 Kbps. Canalul D este un canal de control de 16 Kbps, utilizat pentru stabilirea conexiunii, demontare şi alte funcţii de control.

PRI este livrat în mod tipic printr-o legătură T-l la o viteză totală de 1,544 Mbps. Aceasta este de obicei împărţită în 23 de canale B de 64 Kbps şi un canal D de 64 Kbps. În locul canalelor B sau D, sau în combinaţie cu ele, pot fi utilizate canale H de viteză mai mare, de 384, 1536 sau 1920 Kbps. Canalul H3 de 1920 Kbps este utilizabil doar în Europa, unde viteza de transmisie standard este 2,048 Mbps, în loc de 1,544 Mbps, cât este viteza standard în Statele Unite, Canada şi Japonia. Încercările de a utiliza un canal H3 printr-un echipament de transmisie de 1,544 Mbps au ca rezultat canale inutilizabile. Deşi ISDN este, din punct de vedere tehnic, o instalaţie cu circuite comutate, poate suporta conexiuni cu circuite comutate, pachete comutate şi chiar conexiuni semipermanente.

C) Switched 56 : o altă variantă de instalaţie cu circuite comutate, cu apelare la cerere, este Switched 56 (56 comutat). Aceasta oferă o bandă cu lărgimea de 56 Kbps între oricare două puncte care subscriu acestui serviciu. Ca în cazul oricărui serviciu cu apelare la cerere, până la plasarea unui apel nu există nici un circuit. Apoi, circuitul este construit între punctul de expediere şi

52

cel de destinaţie solicitat. Calea reală care este urmată prin infrastructura de comunicaţii comutate este invizibilă şi imaterială pentru utilizatorii finali. Acest circuit este închis când se termină sesiunea.

Natura nededicată a echipamentelor Switched 56 face din ele o alternativă accesibilă la liniile închiriate. Plătiţi în funcţie de utilizare, nu pentru luxul de a avea rezervată o lărgime de bandă, indiferent dacă aceasta este utilizată sau nu. În balanţă sunt accesibilitatea şi performanţa. Circuitele Switched 56 trebuie să configureze apelurile pentru destinaţia solicitată. Acest lucru ia timp. Prin urmare, stabilirea unei sesiuni de comunicaţii poate fi făcută mult mai rapid printr-o linie închiriată de 56 Kbps decât prin una de tip Switched 56. După stabilirea sesiunii de comunicaţii, performanţele ar trebui să fie comparabile.

Switched 56 este o tehnologie matură şi aflată în declin. Ea a oferit cândva o combinaţie de preţ mai scăzut decât al liniilor închiriate şi performanţe superioare faţă de modemurile şi liniile POTS. Astăzi, progresele tehnicilor de semnalizare permit modemurilor să acopere golul de performanţă. Switched 56 oferă totuşi o uşoară îmbunătăţire prin aşa-numitele modemuri 56 Kbps (în ciuda a ceea ce indică numele, ele nu pot asigura şi susţine această viteză de transmisie). Astăzi, Switched 56 este probabil alternativa cea mai potrivită ca variantă de urgenţă pentru liniile închiriate.

6.1.1.2. Instalaţii de transmisie cu pachete comutate : instalaţiile cu pachete comutate sunt

caracterizate printr-un format de pachete intern, care este utilizat pentru a încapsula datele ce vor fi transportate. Spre deosebire de instalaţiile cu circuite comutate, cele cu pachete comutate nu asigură o conexiune dedicată între două locaţii. În schimb, echipamentele de acces auxiliare se interconectează cu infrastructura comutată a companiei de telecomunicaţii. Pachetele sunt expediate într-o manieră fără conexiuni prin această reţea comercială cu pachete comutate (PSN - packet-switched network). Lipsa unei căi uşor de definit între oricare două locaţii a condus la suprautilizarea simbolului de nor (cloud), cu sensul de reţea omniprezentă, dar amorfa. Două exemple de reţele cu pachete comutate sunt vechiul, dar familiarul X.25, şi ruda sa mai modernă, Frame Relay, ambele discutate în secţiunile următoare.

A) X.25 : este un foarte vechi protocol de comunicaţii WAN dezvoltat de comitetul CCITT (cunoscut acum ca International Telecommunications Union, sau ITU). El a fost oferit prima oară ca serviciu comercial de către companiile de telecomunicaţii, la începutul anilor '70.

Specificaţiile ITU sunt uneori identificate prin prefixul ITU-T. Sufixul T identifică specificaţia ca parte a standardelor ITU de telecomunicaţii.

X.25 acceptă utilizarea circuitelor virtuale, atât comutate, cât şi permanente. Circuitele virtuale comutate (SVC - switched virtual circuit) sunt stabilite atunci când sunt necesare şi demontate imediat ce se termină sesiunea de comunicaţii. Circuitele virtuale permanente (PVC - permanent virtual circuit) sunt conexiuni logice predefmite printr-o reţea comutată între două puncte. Avantajele circuitelor SVC constau în faptul că sunt flexibile şi pot fi utilizate pentru a conecta, la cerere, oricare două puncte din reţeaua X.25. Dezavantajul este timpul de stabilire a conexiunii care trebuie să treacă înainte de schimbul de informaţii cu alt dispozitiv din reţea.

Circuitele PVC nu sunt flexibile şi trebuie definite înainte. Principalul lor avantaj constă în eliminarea perioadei de stabilire a conexiunii. Ca urmare, circuitele PVC sunt utilizate pentru a oferi suport comunicaţiilor între dispozitive care trebuie să comunice în mod regulat şi continuu. Circuitele SVC sunt utilizate pentru comunicaţii ad-hoc.

X.25 conţine o suită robustă de mecanisme de detectare şi corecţie a erorilor, care fac din el un protocol deosebit de fiabil, în cazul în care trebuie să traverseze o infrastructură de echipamente de comutare cu zgomote electromecanice. X.25 a sacrificat capacitatea de transfer pentru fiabilitate. Astăzi, în era comunicaţiilor digitale şi optice, mecanismele de detecţie/corecţie a erorilor oferite de X.25 sunt o suprasarcină necesară.

Aceste funcţii sunt acum conţinute de dispozitivele care comunică, în loc să fie incluse în fiecare dispozitiv de reţea. Aplicaţiile care încă necesită utilizarea protocolului X.25 ar putea obţine performanţe mai bune prin emularea acestuia printr-o legătură de transmisie diferită.

53

B) Frame Relay : Frame Relay este o versiune mai rapidă decât comutarea de pachete X.25. Are pachete de dimensiuni mai mici şi mai puţine mecanisme de control al erorilor. Frame Relay acceptă în prezent transferul de pachete doar prin circuite virtuale permanente (PVC) între routerele care sunt puncte finale ale reţelei. în cele din urmă, în acest protocol vor fi acceptate circuitele SVC, deşi nu au fost oferite indicii de timp de către nici unul dintre furnizorii de servicii comerciale.

Punctele finale ale circuitelor PVC sunt definite prin identificatorii de conexiune Legătură de date (DLCI - Data Link Connection Identifier) şi li se atribuie o valoare CIR (committed information rate - viteză de informaţii obligatorie) prin reţeaua Frame Relay. Perechile DLCI primesc, de asemenea, o cantitate minimă de lărgime de bandă disponibilă, cu posibilitatea de a trece temporar peste limita respectivă în anumite circumstanţe. Utilizarea identificatorilor DLCI în reţelele Frame Relay este ilustrată în figura 6.1.

Fig. 6.1. Perechile logice de conexiuni de legături de date ale reţelelor Frame Relay Reţelele WAN Frame Relay sunt construite prin punerea la dispoziţie a unei linii particulare

punct-la-punct de la locaţia de lucru la cel mai apropiat oficiu central care furnizează acest serviciu. La oficiul central, această linie se termină într-un comutator Frame Relay care este legat în reţea, parţial sau total, cu celelalte comutatoare Frame Relay care compun infrastructura Frame Relay comercială a companiei de telecomunicaţii. Foarte asemănător comutatoarelor audio ale oficiilor centrale care compun PSTN (Public Switched Telephone Network - reţea telefonică comutată publică), comutatoarele Frame Relay rămân invizibile comunităţii de utilizatori şi aplicaţiilor.

Avantajul principal oferit de Frame Relay este că poate reduce costul legării în reţea a locaţii-lor de lucru care sunt dispersate geografic, reducând la minimum lungimea instalaţiilor de acces la clădiri. Aceste circuite sunt disponibile comercial la 1,544 Mbps, cu utilizare de valori CIR pentru a crea conexiuni logice de mai mică viteză către mai multe locaţii.

În balanţă cu această reducere la minimum a costului instalaţiilor de acces pentru liniile în-chiriate punct-la-punct este reducerea performanţei. Frame Relay introduce o suprasarcină semnificativă, sub forma protocoalelor şi informaţiilor de formare a cadrelor, care se adaugă suprasarcinilor liniilor închiriate punct-la-punct. Regula generală care ghidează administrarea DLCI-ului şi CIR-urilor într-o conexiune Frame Relay este de a se abona la maximum de 1,024 Mbps din cei 1,544 Mbps oferiţi de lărgimea de bandă disponibilă. Acest lucru garantează că fiecare DLCI recepţionează viteza informaţiilor care îi este asigurată şi că îi este disponibilă o lărgime de bandă suplimentară pentru depăşirea temporară a acestei viteze.

54

Abonarea la lărgimea de bandă înseamnă alocarea de lărgime de bandă canalelor obţinute dintr-o instalaţie de transmisie mai mare. În Frame Relay, fiecare DLCI trebuie să aibă asociată o viteză de abonare. Această viteză este CIR (commited information rate).

Este posibilă definirea unei serii de DLCI-uri cu un GIR cumulativ, care este mai mare decât lărgimea de bandă disponibilă a instalaţiei de transmisie. Continuând exemplul reţelelor Frame Relay bazate pe T-1, cineva ar putea să configureze un CIR de 2,048 Mbps prin legătura de 1,544 Mbps. Acest lucru este cunoscut ca supraabonare. Supraabonarea este o practică nerecomandată. Ea presupune că nu vor fi active toate DLCI-urile şi, prin urmare, nu vor consuma întregul lor CIR la nici un moment de timp. Aceasta nu este o presupunere neîndreptăţită, dar supraabonarea are ca rezultat degradarea sporadică a serviciului în perioadele de intensă utilizare. Dacă este posibil, evitaţi companiile de telecomunicaţii care supraabonează de obicei circuitele.

6.1.1.3. Instalaţii de transmisie cu celule comutate : o rudă apropiată a comutării

pachetelor este comutarea celulelor (cell switching). Diferenţa dintre un pachet şi o celulă este lungimea structurii. Un pachet este o structură de date de lungime variabilă, în timp ce o celulă este o structură de lungime fixă. Cea mai familiară tehnologie cu celule comutate este Asynchronous Transfer Mode (ATM - mod de transfer asincron). Deşi, tehnic vorbind, ATM este în prezent o tehnologie cu circuite comutate, este tratată de obicei independent. ATM a fost proiectată pentru a profita de instalaţiile de transmisie de mare viteză, ca T-3 şi arhitecturile SONET.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) : ATM a fost proiectat iniţial ca mecanism de transport asincron pentru ISDN în bandă largă. S-a speculat că timpul de acces mic şi rata de biţi mare ale ATM-ului l-ar face în egală măsură ideal pentru utilizarea în reţele locale. Publicitatea care a urmat a cimentat reputaţia sa de tehnologie LAN, până la excluderea posibilităţilor sale ca tehnologie WAN.

Ca tehnologie WAN cu celule comutate, ATM este disponibilă comercial la 1,544 Mbps (DS-1) sau 44,736 Mbps (DS-3), deşi acest lucru variază geografic. Iniţial, ATM-ul de mare suprafaţă era disponibil utilizând doar circuite virtuale permanente, similar DLCI-urilor Frame Relay. Totuşi, în final, ATM-ul de mare suprafaţă va fi o tehnologie comutată, capabilă să expedieze celule individuale fără suprasarcina necesară stabilirii unui circuit virtual permanent sau rezervării lungimii de bandă.

6.1.2. Alegerea hardware-ului de comunicaţii : hardware-ul de comunicaţii necesar

pentru construirea unei reţele WAN cuprinde trei categorii de bază : echipament de telefonie asigurat de abonat (CPE - customer provided equipment), vehicule de margine şi echipament pentru comunicaţii de date (DCE - data communications equipment). În acest context, DCE se referă la echipamentele companiei de telecomunicaţii. Cum nu puteţi face prea mult pentru a selecta DCE-ul, acesta nu este discutat aici.

CPE se referă la mecanismele fizice de telefonie care sunt utilizate pentru a lega echipamen-tele de comunicaţii ale clădirilor, incluzând routere, LAN-uri, comutatoare şi aşa mai departe, la reţeaua telefonică a companiei de comunicaţii.

Vehiculele de margine sunt acele mecanisme care conectează reţeaua LAN la CPE. Ele ope-rează de obicei la nivelurile 2 şi 3 ale modelului de referinţă OSI şi răspund de expedierea şi recepţionarea pachetelor pe baza adreselor de conectare în inter-reţea. Vehiculele de margine sunt mecanismele care separă LAN-ul de WAN, în contextul telecomunicaţiilor. Atât CPE, cât şi vehiculele de margine sunt asigurate de abonat.

Desigur, companiile de telecomunicaţii folosesc o cantitate considerabilă de hardware pentru a oferi suport echipamentelor de transmisie pe care le furnizează abonaţilor. Acest hardware rămâne de obicei invizibil utilizatorilor şi administratorilor LAN.

A) Echipament asiogurat de abonat (CPE) : (Customer-Provided Equipment) este hardware-ul de telefonie care codifică semnalele şi le plasează în instalaţia de transmisie. Acest hardware este aproape întotdeauna asigurat de abonaţi şi este instalat în clădirile lor fizice, de partea lor a punctului de demarcaţie. Punctul de demarcaţie, la cere se face referire prin demarc, este limita oficială dintre

55

instalaţia fizică a companiei de telecomunicaţii şi instalaţia fizică a abonatului conectat la infrastructura telefonică a companiei.

Punctul de demarcaţie este de obicei doar o casetă modulară cu mufe care este etichetată cu numerele de identificare a circuitelor. Compania de telecomunicaţii este posesoarea acestei casete, ca şi a oricărui dispozitiv care este cablat la ea. Abonatul răspunde de tot echipamentul care se conectează la mufele casetei modulare. Acest echipament asigurat de abonat este CPE.

Tipurile de CPE variază în funcţie de tehnologia de transmisie. Cele mai obişnuite forme de CPE sunt CSU/DSU şi PAD. Ambele sunt examinate în secţiunile următoare.

a) Channel Service Unit / Digital Service Unit (CSU / DSU) : WAN-ul tipic este construit cu instalaţii de transmisie cu circuite comutate pe linii închiriate. Prin urmare, CPE-ul tipic este cunoscut ca CSU/CDU (Channel Service Unit / Digital Service Unit - unitate de servicii de canal / unitate de servicii digitale). CSU/DSU presupune că instalaţia de transmisie este o linie închiriată şi că nu sunt posibile conexiuni prin apel telefonic.

CSU/DSU reprezintă echipamente de comunicaţii de date care termină instalaţiile de transmisie cu canale şi digitale. Această terminaţie ia de obicei forma unei mufe modulare. CSU/DSU este caracterizat, de asemenea, printr-o conexiune serială la routerul de margine al abonatului, aşa cum este ilustrat în figura 6.2.

Fig. 6.2. CSU / DSU interconnectând routerul cu instalaţia de transmisie CSU/DSU asigură mai multe funcţionalităţi decât simpla transmisie şi recepţie a semnalelor

fizice. În funcţie de marcă şi de model, unităţile CSU/DSU pot să realizeze şi stabilizarea liniei şi să răspundă interogărilor de diagnosticare venite de la oficiul central. Aceste unităţi sunt esenţiale în orice circuit închiriat care oferă suport vitezelor de transmisie de 56 Kbps sau mai mari.

b) Packet Assembler / Disassembler (PAD) : instalaţiile de transmisie care utilizează comutarea de pachete pot necesita ca un dispozitiv diferit să creeze şi să dezasambleze pachetele. Acest dispozitiv este cunoscut ca PAD. PAD este de fapt un acronim pentru Packet Assembler / Disassembler (asamblor / dezasamblor de pachete). Un exemplu bun de tehnologie de reţea care utilizează dispozitive PAD este reţeaua X.25. X.25 este utilizată de obicei ca instalaţie de transmisie de 9,6 Kbps pentru interconectarea clădirii unui utilizator la infrastructura de reţea comutată a companiei de telecomunicaţii. Dispozitivul terminator al acestor instalaţii, relativ de mică viteză a fost PAD-ul.

Tehnologiile actuale de comutare a pachetelor utilizează în general instalaţii de transmisie cu circuite comutate. De exemplu, Frame Relay, care a evoluat de la X.25, nu mai utilizează în prezent un dispozitiv PAD. În schimb, reţelele LAN pot fi interconectate prin Frame Relay utilizând subcanale logice de reţea, delimitate într-o instalaţie T-l. Dat fiind că T-l furnizează o lărgime de bandă de 1,544 Mbps, trebuie să se termine într-un CSU/DSU la clădirile abonaţilor, indiferent de

56

tehnologia de transmisie căreia îi oferă suport. Prin urmare, un WAN construit utilizând Frame Relay este caracterizat prin prezenţa de routere şi unităţi CSU/DSU la fiecare locaţie. Unităţile CSU/DSU de la fiecare locaţie se conectează la o instalaţie de transmisie T-l care le interconectează prin reţeaua Frame Relay.

B) Vehicule de margine : un vehicul de margine este echipamentul care interconectează reţeaua locală a unui abonat cu CPE. Într-un mediu LAN tipic, acesta este un router. Routerele funcţionează ca limită între LAN şi WAN. Astfel, prima lor responsabilitate este să urmărească rutele pentru a şti adresele de inter-reţea. Aceste adrese sunt stocate în tabele de rutare care corelează adresa cu interfaţa fizică de pe routerul care trebuie utilizat pentru a ajunge la acea adresă.

6.1.3. Adresarea inter-reţea : lucrul în reţelele de mare suprafaţă creează invariabil

nevoia de adresare a dispozitivelor care se găsesc dincolo de reţeaua locală a unuia dintre ele. Adresele de inter-reţea sunt construcţii ale nivelului 3, nivelul Reţea al modelului de referinţă OSI. Aceste adrese sunt utilizate pentru a accesa şi a schimba date cu gazdele din alte subretele din cadrul reţelei WAN.

Arhitectura adreselor este determinată de protocolul rutabil utilizat în cadrul reţelei WAN. Unele posibilităţi includ IPv4, IPv6, IPX şi AppleTalk. Fiecare are propria schemă de adresare unică. Prin urmare, alegerea protocolului determină ierarhiile de adrese care pot fi implementate. 6.1.3.1. Asigurarea adresării unice : singurul aspect de maximă importanţă al adresării inter-reţea este unicitatea . Cu singura excepţie a IPv6, orice protocol de reţea pe care îl selectaţi necesită ca în orice moment să existe un singur punct final asociat oricărei adrese date. Adresele de inter-reţea redundante creează erori de rutare şi compromit coerenţa operatiilor în reţea ale utilizatorilor.

IPv6 conţine o nouă arhitectură de adrese, cunoscută ca anycast. Adresele anycast sunt create cu uşurinţă (chiar fără intenţie), prin atribuirea aceleiaşi adrese IP mai multor dispozitive. Când reţeaua primeşte pachetele destinate unei adrese anycast, ea rutează pur şi simplu aceste pachete către cel mai apropiat dispozitiv cu acea adresă. Aceasta înseamnă că dispozitivele anycast trebuie să fie complet interschimbabile, atât din perspectivă operaţională, cât şi funcţională, dar pot economisi timp şi efort în localizarea dispozitivelor din reţea utilizate în comun, cum ar fi faxurile sau serverele de tipărire.

Teoretic, dacă WAN-ul dumneavoastră nu va fi direct interconectat la Internet sau la orice alta reţea, adresele de inter-reţea pot fi selectate arbitrar. General vorbind, selectarea arbitrară a adreselor de inter-reţea este lipsită de perspectivă şi reprezintă o sustragere de la îndeplinirea sarcinilor. în mai 1993 a fost lansat Request for Comment (RFC) #1597 şi s-a stabilit un plan contra acestui fapt. Au fost identificate şi rezervate trei domenii de adrese care pot fi utilizate doar pentru lucrul în reţele interne. Aceste trei domenii includ fiecare din adresele IPv4 de clasă A, B şi C. Ele sunt:

• De la 10.0.0.0 la 10.255.255.255 • De la 172.16.0.0 la 172.31.255.255 • De la 192.168.0.0 la 192.168.255.255

Aceste domenii sunt rezervate de către Internet Assigned Numbers Authority (IANA –

Autoritatea pentru Numere Atribuite Internetului) pentru utilizarea în reţele particulare. Una dintre stipulările RFC #1597 este că aceste adrese nu pot fi utilizate când se accesează direct Internetul. Companiile care utilizează aceste adrese şi au nevoie de acces la Internet, pot utilize ca intermediar un server proxy (un server care expediază cererile în numele altuia) cu o adresă IP unică şi înregistrată. Ca soluţie alternativă se poate utiliza Network Address Translation (NAT - translatarea adreselor de reţea).

NOTĂ : Dacă implementaţi adresele rezervate ale RFC #1597, trebuie să garantaţi în continuare unicitatea adresei fiecărui dispozitiv din cadrul domeniului reţelei dumneavoastră private. Adresele pot să nu fie unice global, dar ele trebuie să fie unice în plan local.

57

6.1.3.2. Conectarea reţelelor cu protocoale diferite : nu orice LAN îşi permite luxul de a utiliza un singur protocol rutat. Reţelele multiprotocol prezintă anumite dificultăţi elementare care trebuie depăşite. Problema este asigurarea conectivităţii prin protocoale diferite. Pot fi utilizate două abordări: tuneluri şi porţi.

A) Tuneluri : tunelul este o construcţie relativ simplă care poate fi utilizată pentru transferul datelor printr-o regiune de reţea altfel incompatibilă. Pachetele de date sunt încapsulate cu informaţii de încadrare care sunt recunoscute de reţeaua care le transportă. Informaţiile iniţiale de încadrare şi formatare sunt reţinute, dar sunt tratate ca „date".

După ajungerea la destinaţie, dispozitivul de recepţie desface pachetul şi ignoră „învelişul". Aceasta are ca rezultat restaurarea pachetului în formatul său iniţial, completat cu adresarea de inter-reţea iniţială. Figura 6.3 ilustrează trecerea prin tunel a pachetelor IPv4 printr-o regiune de reţea IPv6. Din cauza diferenţei implicite dintre lungimile adreselor acestor două protocoale, ele nu sunt direct compatibile. Pentru a depăşi această incompatibilitate, pachetele IPv4 sunt încapsulate în IPv6 de către routerul A pentru a fi transmise printr-un WAN IPv6. Routerul B elimină învelişul IPv6 şi prezintă gazdei destinaţie pachetul IPv4 restaurat, în o formă pe care o poate recunoaşte.

Fig. 6.3. Trecerea prin tunnel a pachetelor IPv4 printr-o regiune IPv6

B) Porţi : dacă WAN-ul dumneavoastră necesită interconectarea de subretele cu protocoale rutate diferite, aveţi nevoie de o poartă (gateway) la graniţa dintre regiunile nesimilare. O poartă este orice dispozitiv care poate realiza translaţia între arhitecturile de adrese ale celor două protocoale. Porţile pot fi routere sau gazde. Singurul criteriu este că dispozitivul trebuie să fie capabil să realizeze translaţia între arhitecturile de adrese ale celor două protocoale.

Routerele au două moduri de realizare a unei astfel de translaţii a adreselor. Mai întâi, ele pot utiliza două protocoale de rutare diferite. Aceasta necesită ca routerul să calculeze rutele, să expedieze informaţii legate de acestea şi să expedieze pachete în ambele protocoale. Routerele au fost proiectate pentru a opera în medii multiprotocol, astfel încât nu ar trebui să apară dificultăţi operaţionale.

Ca soluţie alternativă, un router ar putea avea un protocol integrat care să fie simultan capabil să ruteze două protocoale şi adrese diferite. Exemple ale acestei forme de protocol de rutare sunt noile protocoale din seria „ng", proiectate pentru a facilita migrarea între IPv4 şi IPv6. Exemple specifice sunt OSPFng şi RIPng.

58

6.1.3.3. Utilizarea protocoalelor de rutare : routerele utilizează protocoale cu rutare dinamică pentru a realiza trei funcţii elementare:

• Descoperirea de noi rute • Comunicarea informaţiilor despre noua rută descoperită altor routere • Expedierea pachetelor utilizând acele rute

Protocoalele cu rutare dinamică se împart în trei mari categorii: cu vectori-distanţă, cu starea legăturilor şi hibride. Toate sunt discutate în secţiunile care urmează. Principalele diferenţe dintre ele constau în modul în care realizează primele două din cele trei funcţii menţionate anterior. Sigura variantă la rutarea dinamică este rutarea statică, descrisă în secţiunea intitulată „Rutarea statică".

A) Rutarea cu vectori-distanţă : rutarea se poate baza pe algoritmi cu vectori-distanţă (numiţi uneori şi algoritmi Bellman-Ford), care cer ca routerele să paseze periodic copii ale tabelelor de rutare vecinilor cei mai apropiaţi din reţea. Fiecare destinatar adaugă la tabelă un vector-distanţă (propria „valoare" de distanţă) şi o expediază vecinilor săi cei mai apropiaţi. Acest proces se desfăşoară în toate direcţiile între routerele aflate în imediată vecinătate.

Acest proces pas-cu-pas face ca fiecare router să afle informaţii despre celelalte routere şi să-şi dezvolte o perspectivă cumulativă asupra „distanţelor" reţelei. De exemplu, un protocol timpuriu de rutare cu vectori-distanţă este Routing Information Protocol (protocol de rutare a informaţiilor), sau RIP. Acesta utilizează două unităţi de măsură pentru distanţe ca să determine cea mai bună cale următoare pentru orice pachet dat. Aceste unităţi de măsură pentru distanţă, tacturile şi hopurile, sunt dependente de timp.

NOTĂ : Routerele pot să utilizeze o varietate surprinzătoare de unităţi de măsură pentru a determina rutele optime între oricare sursă şi destinaţie. Valorile măsurate în aceste unităţi sunt numite distanţe. „Distanţa" poate să fie de fapt un interval de timp, un număr de hopuri şi aşa mai departe, fără să fie limitată la o distanţă fizică.

Tabela cumulativă este utilizată apoi pentru actualizarea tabelelor de rutare ale fiecărui router. La finalul procesului, fiecare router a aflat nişte informaţii vagi despre distanţele până la resursele din reţea. El nu a aflat nimic specific despre alte routere sau despre topologia reală a reţelei. Această abordare poate, în anumite circumstanţe, să creeze probleme de rutare pentru protocoalele bazate pe vectori-distanţă. De exemplu, în urma unei căderi în reţea este necesar ceva timp pentru ca routerele să conveargă spre o nouă înţelegere a topologiei reţelei. în timpul acestui proces, reţeaua ar putea fi vulnerabilă la rutări contradictorii şi chiar la bucle infinite.

Anumite măsuri de siguranţă ar putea să micşoreze aceste riscuri, dar rămâne faptul că performanţa reţelei este expusă riscurilor în timpul procesului de convergenţă. Prin urmare, este posibil ca protocoalele mai vechi care converg lent să nu fie potrivite pentru un WAN complex.

B) Rutarea cu starea legăturilor : algoritmii de rutare folosind starea legăturilor (link-state routing algorithms), cunoscuţi colectiv ca protocoale cu preferarea drumului minim (SPF - hortest path first), menţin o bază de date complexă a topologiei reţelei. Spre deosebire de protocoalele cu vectori-distanţă, cele folosind starea legăturilor dezvoltă şi întreţin o cunoaştere completă a routerelor de reţea, ca şi a felului cum sunt interconectate acestea.

Această cunoaştere este realizată prin schimbarea de pachete cu starea legăturilor (LSP - link-state packets) cu alte routere conectate direct. Fiecare router care a schimbat LSP-uri construieşte apoi o bază de date logică utilizând toate LSP-urile primite. Este utilizat apoi un algoritm „cu preferarea drumului minim", pentru a calcula cât de accesibile sunt destinaţiile legate la reţea. Această informaţie este utilizată pentru a actualiza tabela de rutare. Acest process este capabil să descopere modificările topologiei reţelei, care ar putea fi cauzate de căderea unei componente sau de mărirea reţelei. De fapt, schimbul de LSP-uri este declanşat de un eveniment din reţea, nu este realizat periodic.

Rutarea cu starea legăturilor are două zone potenţiale de risc. Mai întâi, în timpul procesului iniţial de descoperire, rutarea cu starea legăturilor poate acapara mediile de transmisie ale reţelei, reducând astfel semnificativ capacitatea reţelei de a transporta date. Această degradare a performanţei este temporară, dar foarte evidentă.

59

A doua problemă potenţială este că rutarea cu starea legăturilor solicită intens memoria şi procesorul. Din această cauză, routerele configurate pentru rutare cu starea legăturilor sunt în general mai scumpe.

C) Rutarea hibridă : ultima formă de rutare dinamică este hibridizarea. Deşi există protocoale hibride „deschise, echilibrate, această formă este asociată aproape exclusiv creaţiei brevetate a unei singure companii, Cisco Systems Inc. Acest protocol, Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), a fost proiectat combinând cele mai bune aspecte ale protocoalelor cu vectori-distanţă şi cu starea legăturilor, fără limitările de performanţă sau dezavantajele lor.

Protocoalele de rutare hibride echilibrate utilizează unităţi de măsură vectori-distanţă, dar realizează măsurători mult mai precise decât protocoalele cu vectori-distanţă convenţionale. De asemenea, ele converg mult mai rapid decât acestea din urmă, dar evită suprasarcinile şi actualizările cu starea legăturilor. Hibrizii echilibraţi nu sunt periodici, ci conduşi de evenimente, conservând astfel lărgimea de bandă pentru aplicaţii reale.

D) Rutarea statică : un router care este programat pentru rutare statică expediază pachetele prin porturi predeterminate. După ce routerele statice sunt configurate, ele nu mai trebuie să încerce descoperirea rutelor, nici măcar să comunice informaţii despre rute. Rolul lor este redus la simpla expediere a pachetelor.

Rutarea statică este bună doar pentru reţele foarte mici, care au o singură cale către orice destinaţie dată. în astfel de cazuri, rutarea statică poate fi cel mai eficient mecanism de rutare, pentru că nu consumă lărgime de bandă încercând să descopere rute şi să comunice cu alte routere.

Pe măsură ce reţelele cresc şi apar căi redundante către destinaţii, rutarea statică devine o sarcină care necesită prea mult efort. Orice modificări în disponibilitatea routerelor sau echipamentelor de transmisie din WAN trebuie să fie descoperite şi programate manual. WAN-urile caracterizate prin topologii mai complexe, care pot oferi mai multe căi posibile, necesită categoric rutare dinamică. încercările de a utiliza rutarea statică în WAN-uri complexe, cu mai multe căi, anulează rolul rutelor redundante.

6.1.3.4. Selectarea protocolului : selectarea unui protocol de rutare trebuie făcută cu atenţie şi cu aprecierea implicaţiilor pe termen lung ale alegerii dumneavoastră. Selectarea oricărui protocol afectează direct alegerea furnizorului unui router, ca şi eficienţa operaţională a WAN-ului. Secţiunile anterioare, despre diferite clase de protocoale de rutare, ca şi secţiunea despre rutarea statică, au prezentat pe larg implicaţiile operaţionale ale fiecărei categorii de protocoale de rutare. Aceste implicaţii ar trebui să vă ajute să reduceţi opţiunile dumneavoastră la o singură categorie sau clasă de protocoale.

Următorul pas este să determine aţi dacă veţi utiliza unul sau mai mulţi furnizori de routere în WAN-ul dumneavoastră. Dacă este posibil, încercaţi să alegeţi produsele unui singur fabricant. Motivul este simplu: protocoalele deschise îi lasă fiecărui producător o anumită libertate. Prin urmare, este probabil ca versiunea unui protocol de rutare să nu fie 100 la sută interoperabilă cu versiunea altui producător. Poate cel mai bun exemplu în acest sens este reprezentat de diferenţele bine documentate dintre versiunile Bay Networks şi Cisco Systems ale protocolului Open Shortest Path First (OPSF).

Dacă selectaţi un fabricant de routere înainte de a selecta un protocol de rutare, trebuie să înţelegeţi că acest lucru poate limita selecţia dumneavoastră de protocoale. Unele protocoale de rutare sunt brevetate şi, în consecinţă, pot fi obţinute de la un singur furnizor.

Prin urmare, reţelele de mare suparfaţă sunt structuri complexe care nu aderă neapărat la standardele publicate sau deschise. Proiectarearea, construirea şi operarea unui WAN care satisface complect cerinţele utilizatorilor poate reprezenta o problemă complexă. Succesul constă în cunoaşterea capacitaţilor, limitelor şi costurilor diverselor tehnologii componente WAN. Obiectivul este de a construi o reţea în care fiecare tehnologie componentă să se potrivească bine cu capacitaţile de performanţă ale tuturor celorlalte componente.

60

6.2. Topologii WAN Topologia unei reţele WAN descrie modul în care sunt aranjate echipamentele de

transmisie relativ la locaţiile pe care le interconectează. Sunt posibile numeroase topologii, fiecare dintre ele oferind o combinaţie diferită de preţ, performanţă şi scalabilitate. Mai subtil, poate fi introdusă printr-o topologie o anumită specializare funcţională care are legătură directă cu echipamentele de transmisie. Cele mai uzuale topologii WAN includ :

• WAN peer-to-peer • WAN în inel • WAN în stea • WAN reţea plasă integrală • WAN reţea plasă parţială • WAN multinivel, incluzând reţele WAN pe două sau trei niveluri • Hibride

Deşi unele dintre acestea par a fi topologii LAN, nu WAN, ele sunt aplicabile în ambele domenii. Fiecare este descrisă şi ilustrată în această secţiune. Sunt examinate, de asemenea, costul relativ, performanţa, scalabilitatea şi implicaţiile tehnologice.

6.2.1. Topologia peer-to-peer : un WAN peer-to-peer poate fi dezvoltat utilizând linii

închiriate particulare sau orice alte instalaţii de transmisie. Această topologie WAN este un mod relativ simplu de a interconecta un număr mic de locaţii. WAN-urile constituite din doar două locaţii pot fi inteconectate doar în această manieră. În fig. 6.4 este ilustrat un WAN peer-to-peer.

Fig. 6.4. Un WAN peer-to-peer construit cu linii închiriate

Această topologie reprezintă cea mai puţin costisitoare soluţie pentru reţelele WAN care conţin un număr mic de locaţii interconectate. Deoarece fiecare locaţie conţine cel mult una sau două legături cu restul reţelei, poate fi utilizată rutarea statică. Stabilirea rutării statice poate consuma foarte mult timp, dar evită suprasarcinile de reţea ale protocoalelor cu rutare dinamică. Dat fiind că în această topologie simplă nu există rute redundante, avantajele rutării dinamice sunt limitate.

NOTĂ : Într-un WAN rutat, numărul de routere dintre dumneavoastră şi destinatarul dumneavoastră este direct legat de perioada de timp cât un pachet se află pe ruta către destinaţia sa. Astfel a fost concepută o unitate de măsură pentru a urmări numărul de routere dintr-o cale de reţea. Această măsură se numeşte număr de hopuri. Fiecare router este numărat ca un hop.

Din nefericire, WAN-urile peer-to-peer sunt afectate de două limitări elementare. Ele nu sunt foarte uşor scalabile. La introducerea de locaţii suplimentare în WAN, numărul de escale dintre oricare pereche de locaţii devine instabil şi are o tendinţă crescătoare. Acest lucru are ca rezultat niveluri variate de performanţă ale comunicaţiilor dintre oricare pereche de locaţii date. Gradul real de variaţie a performanţei depinde de numeroşi factori, printre care:

• Distanţele geografice dintre locaţii • Tipul şi capacitatea instalaţiei de transmisie • Gradul de utilizare a instalaţiei de transmisie

61

A doua limitare a acestei abordări este vulnerabilitatea inerentă la căderea componentelor. Între oricare pereche de locaţii există o singură cale. Prin urmare, căderea unei componente sau a unui instalaţii de transmisie, oriunde într-un WAN peer-to-peer, îl poate diviza. în funcţie de fluxul de trafic real şi de tipul de rutare implementat, acest fapt poate afecta serios comunicaţiile din întregul WAN.

O altă implicaţie semnificativă a lipsei de redundanţă a rutelor în topologia peer-to-peer este aceea că utilizarea unui protocol de rutare dinamic pentru calcularea rutelor şi expedierea pachetelor este o pierdere de timp şi de cicluri CPU. Ruta calculată dintre oricare două puncte nu se poate schimba niciodată! Prin urmare, definirea statică a rutelor poate avea ca rezultat o reţea cu performanţe mai bune.

6.2.2. Topologia inel : o topologie inel poate fi dezvoltată destul de uşor pornind de la o

reţea peer-to-peer, prin adăugarea la două routere a unei instalaţii de transmisie şi a câte unui port suplimentar. Această mărire minoră a costului asigură redundanţa rutelor şi le poate oferi reţelelor mici oportunitatea de a implementa protocoale cu rutare dinamică. Dat fiind că preţul majorităţii instalaţiilor de transmisie depinde de dinstanţă, ar fi înţelept să proiectaţi inelul astfel încât să minimizaţi distanţele totale. Această topologie WAN este ilustrată în fig 6.5.

Fig. 6.5. Un WAN în formă de inel

Pentru interconectarea unui număr mic de locaţii şi asigurarea redundanţei rutelor şi a unei creşteri minime a costurilor, poate fi utilizat un WAN în formă de inel, construit cu instalaţii de transmisie punct-la-punct. Existenţa rutelor redundante prin reţea înseamnă că utilizarea unui protocol de rutare dinamică furnizează flexibilitatea inexistentă în cazul rutării statice. Protocoalele de rutare dinamică pot să detecteze modificările adverse ale condiţiilor de operare ale reţelei WAN şi să realizeze automat recuperarea în urma acestora, prin rutare în jurul legăturilor afectate.

Şi inelele au câteva limitări elementare. în funcţie de dispersia geografică a locaţiilor, adăugarea unei instalaţii de transmisie suplimentare pentru a completa inelul ar putea fi prea costisitoare, în astfel de cazuri, Frame Relay ar putea să fie o soluţie alternativă viabilă la liniile închiriate dedicate, cu condiţia ca limitările sale de performanţă să fie acceptabile relativ la intensitatea planificată a traficului.

A doua limitare a inelelor este faptul că nu sunt foarte scalabile. Adăugarea directă de noi locaţii la WAN măreşte numărul de escale necesare pentru accesarea altor locaţii din inel. Acest proces ar putea avea ca rezultat şi necesitatea de a comanda circuite noi. De exemplu, aşa cum s-a arătat anterior în fig 6.5, la adăugarea unei noi locaţii, X, care este în vecinătatea geografică a

62

locaţiilor C şi D, circuitul de la locaţia C la D trebuie să fie terminat. Trebuie comandate două noi circuite pentru a păstra integritatea inelului - unul de la C şi X şi unul de la D şi X.

Topologia inel, date fiind limitările sale, este probabil valoroasă doar pentru interconectarea unui număr foarte mic de locaţii. Este preferabilă interconectării peer-to-peer a locaţiilor doar datorită capacităţii sale de a asigura o cale redundantă la locaţiile din inel.

6.2.3. Topologia stea : o variantă a topologiei peer-to-peer este topologia stea,

denumită astfel după forma sa. O stea este construită prin găzduirea tuturor locaţiilor într-o locaţie comună. Cineva ar putea argumenta că acest lucru creează, în esenţă, o topologie cu două niveluri. Diferenţa dintre o topologie stea şi una cu două niveluri este că routerul central dintr-o topologie stea ar putea fi utilizat şi pentru conectarea între ele a reţelelor LAN instalate la acea locaţie, ca şi pentru interconectarea WAN-ului.

Într-o topologie cu două niveluri, aşa cum va fi discutat mai târziu în acest capitol, routerul de pe al doilea nivel ar trebui să fie dedicat exclusiv interconectării echipamentelor de transmisie ale celorlalte locaţii. Mai important, o topologie cu două niveluri asigură redundanţa rutelor, oferind suport dezvoltării reţelelor prin mai multe puncte de concentrare.

Topologia stea poate fi construită utilizând aproape orice instalaţie de transmisie dedicată, inclusive Frame Relay şi liniile particulare punct-la-punct. În fig 6.6 este prezentat un WAN în formă de stea.

Fig. 6.6. Un WAN în formă de stea

Un WAN cu topologie stea, cu instalaţii de transmisie punct-la-punct, este mult mai scalabil decât o reţea în inel sau peer-to-peer. Adăugarea locaţiilor la stea nu necesită reproiectarea mediilor de transmisie existente. Este necesară doar asigurarea unei noi instalaţii de transmisie între routerul de concentrare şi routerul de la noua locaţie.

Topologia stea remediază problemele de scalabilitate ale reţelelor peer-to-peer prin utilizarea unui router care să interconecteze, sau să concentreze, toate celelalte routere din inter-reţea. Această scalabilitate este posibilă la o creştere modestă a numărului de routere, porturi de router şi instalaţii de transmisie, faţă de o topologie peer-to-peer de dimensiuni comparabile. Topologiile stea pot fi dezvoltate, de fapt, cu mai puţine echipamente decât topologiile inel, aşa cum demonstrează figurile 6.7 şi 6.8, mai târziu în acest capitol.

63

Scalabilitatea topologiei stea este limitată de numărul de porturi pe care le poate suporta routerul din centrul stelei. Extinderea dincolo de această capacitate necesită reorganizarea topologiei într-una cu două niveluri sau înlocuirea routerului existent cu o unitate mult mai mare.

Un alt avantaj al topologiei stea este performanţa îmbunătăţită a reţelei. Performanţa globală a reţelei într-o topologie stea este, teoretic, întotdeauna mai bună decât într-o reţea în inel sau peer-to-peer. Aceasta deoarece toate dispozitivele conectate la reţea sunt la o distanţă de doar trei hopuri unul de celălalt. Aceste trei escale includ routerul de la locaţia utilizatorului, routerul concentrator şi routerul de la destinaţie. O asemenea constantă poate fi întâlnită numai la topologia stea. Există totuşi două dezavantaje ale acestei abordări :

• Creează un punct de eşuare singular. Existenţa unui punct de eşuare singular înseamnă că toate comunicaţiile WAN pot fi întrerupte dacă routerul concentrator suferă o cădere.

• Nu există rute redundante. Lipsa redundanţei rutelor înseamnă că, dacă routerul concentrator cade, nu mai beneficiaţi de servicii până la remedierea defecţiunii. Protocoalele de rutare dinamică nu sunt capabile să calculeze noi căi prin reţea, deoarece nu există nici una!

6.2.4. Topologia plasă integrală : la extrema superioară a spectrului de fiabilitate se

situează topologia plasă integrală (full-mesh topology). Aceasta este caracterizată prin maxima fiabilitate şi toleranţă la defecte. Fiecare nod din reţea este direct conectat la oricare alt nod din reţea. Prin urmare, sunt abundente rutele redundante către fiecare locaţie. Implicit în această afirmaţie este că rutarea statică este total ineficientă. Pentru calcularea rutelor şi expedierea pachetelor în acest tip de reţea, sunteţi practic forţat să selectaţi unul dintre protocoalele de rutare dinamică. În fig 6.7 este ilustrată o reţea plasă integrală.

Fig. 6.7. Un WAN cu topologie plasă integrală

Această abordare minimizează numărul de escale dintre oricare două calculatoare conectate la reţea. Alt avantaj este că reţeaua poate fi construită cu orice tehnologie de transmisie. Unele limitări practice sunt totuşi inerente într-o topologie plasă. De exemplu, construirea acestor WAN-uri poate fi destul costisitoare. Fiecare router trebuie să fie suficient de mare pentru a avea un port şi o instalaţie de transmisie pentru fiecare alt router din WAN. Aceasta scumpeşte atât pornirea, cât şi operarea şi, de asemenea, aplică o limită finită (dar substanţială) scalabilităţii reţelei. Routerele au o limită a numărului de porturi pe care le pot suporta. Prin umare, topologiile plasă integrală sunt mai degrabă un ideal utopic cu aplicaţie practică limitată.

O aplicaţie ar fi asigurarea interconectivităţii pentru un număr limitat de routere care necesită o disponibilitate mare a reţelei. O altă aplicaţie posibilă este interconectarea în plase integrale doar a unor părţi ale WAN-ului, precum coloana principală a unui WAN multinivel sau centrele de reţea strâns cuplate. Această opţiune este intitulată „Topologii hibride".

64

6.2.5. Topologia plasă parţială : o reţea WAN poate fi dezvoltată, de asemenea, ca topologie plasă parţială (partial-mesh topology). Plasele parţiale sunt topologii extrem de flexibile, care pot lua o diversitate de configuraţii foarte diferite. Cel mai bun mod de a descrie o topologie plasă parţială este prin aceea că routerele sunt mult mai strâns cuplate decât în oricare dintre topologiile elementare, dar nu sunt total interconectate, cum ar fi în cazul unei reţele plasă integrală. Această topologie este ilustrată în fig 6.8.

Fig. 6.8. Un WAN cu topologie plasă parţială

O topologie WAN de tip plasă parţială este uşor identificată prin interconectarea aproape completă a fiecărui nod cu oricare alt nod din reţea. Plasele parţiale oferă capacitatea de a minimize numărul de hopuri pentru cei mai mulţi utilizatori ai WAN-ului. Spre deosebire de reţelele plasă integrală, o plasă parţială poate reduce costurile de pornire şi de funcţionare prin neinterconectarea segmentelor cu trafic redus ale WAN-ului. Acest lucru permite ca reţeaua plasă parţială să fie oarecum mai scalabilă şi mai accesibilă decât o topologie plasă integrală.

6.2.6. Topologia cu două niveluri : o topologie cu două niveluri este o versiune

modificată a topologiei elementare stea. în loc de routere concentratoare unice, sunt utilizate două sau mai multe routere. Figura 6.9 prezintă un WAN cu o topologie tipică pe două niveluri.

Fig. 6.9. Un WAN cu doua niveluri

65

Această topologie corectează vulnerabilitatea topologiei stea, fără a compromite eficienţa sau scalabilitatea acesteia. Numărul de hopuri în cazul cel mai defavorabil creşte cu unu, ca rezultat al routerului concentrator suplimentar (coloana principală). Totuşi, spre deosebire de reţeaua peer-to-peer prezentată mai devreme în fig 6.4, numărul de hopuri nu este afectat negativ de fiecare dată când la reţeaua WAN se adaugă o nouă locaţie.

Un WAN cu două niveluri construit cu instalaţii de transmisie dedicate, oferă o toleranţă la defecte îmbunătăţită faţă de topologia simplă în stea, fără compromiterea scalabilităţii. Această topologie poate fi implementată într-un număr de versiuni cu variaţii minore, în principal prin manipularea numărului de routere concentratoare şi a manierei în care acestea sunt interconectate, în cazul în care există trei sau mai multe routere concentratoare, este necesar ca proiectantul reţelei să selecteze o subtopologie pentru nivelul concentrator. Aceste routere pot fi interconectate în plasă integrală sau parţială sau pot fi legate împreună pe bază peer-to-peer.

Indiferent de subtopologia selectată, topologiile ierarhice, multinivel, funcţionează cel mai bine atunci când sunt respectate câteva principii de implementare:

• Nivelul de concentrare al routerelor ar trebui să fie adaptat sarcinilor acestora. Routerele nu sunt utilizate pentru conectarea directă a comunităţilor de utilizatori.

• Routerele clădirilor utilizatorilor ar trebui legate în inter-reţea în modul peer-to-peer doar cu noduri concentratoare, şi nu între ele.

• Interconectarea la routerele concentratoare a routerelor clădirilor utilizatorilor nu ar trebui făcută aleatoriu. în determinarea amplasamentului lor ar trebui utilizată o anumită logică.

Dat fiind că unul sau mai multe routere sunt dedicate agregării rutelor, această topologie poate fi costisitoare. Acest lucru limitează utilizarea unor astfel de topologii la companiile mari.

6.2.7. Topologia cu trei niveluri : pentru reţelele WAN care trebuie să interconecteze

un număr foarte mare de locaţii, sau sunt construite utilizând routere mici, care pot accepta doar câteva conexiuni seriale, arhitectura pe două niveluri ar putea fi insuficient de scalabilă. De aceea, adăugarea unui al treilea nivel ar asigura scalabilitatea suplimentară necesară. Această topologie este ilustrată în fig 6.10.

Fig. 6.10. Un WAN cu trei niveluri

66

Un WAN cu trei niveluri, construit cu instalaţii de transmisie dedicate, oferă o toleranţă la defecte şi o scai abilitate mai bune decât topologia cu două niveluri. Reţelele cu trei niveluri sunt costisitor de construit, operat şi întreţinut. Ele ar trebui utilizate doar pentru interconectarea unui număr foarte mare de locaţii. Dat fiind acest lucru, pare lipsită de sens dezvoltarea unui WAN de această dimensiune şi neconectarea în plasă integrală a nivelului cel mai de sus (sau coloană principală) la routere.

6.2.8. Topologii hibride : combinarea mai multor topologii este utilă în reţele mari,

complexe. Ea permite administratorilor să adapteze WAN-ul la şabloanele de trafic reale, în loc să încerce să ajusteze forţat acele şabloane conform unui model topologic rigid. Cu alte cuvinte, topologiile elementare prezentate în această secţiune sunt ceva mai mult decât construcţii teoretice destinate stimulării gândirii creative. Nu există limite ale varietăţii topologice care poate fi introdusă într-un WAN. Eficienţa fiecărei topologii şi combinarea corespunzătoare a topologiilor WAN depend direct de situaţia dumneavoastră particulară şi de cerinţele de performanţă.

Reţelele multinivel, în special, conduc ele însele la hibridizare. După cum s-a arătat anterior, un WAN multinivel poate fi hibridizat prin interconectarea în plasă integrală sau parţială a nivelului coloană principală la routere. Deşi nu există un mod rău sau bun de a construi o topologie hibridă, un exemplu de astfel de WAN este ilustrat în fig 6.11. Din considerente de spaţiu, în această ilustraţie au fost omise din nivelul coloană principală pictogramele clădirilor.

Fig. 6.11. O topologie hibridă

O topologie hibridă eficientă ar putea fi dezvoltată într-un WAN multinivel prin utilizarea unei topologii plasă integrală doar pentru nodurile coloanei principale. Acest lucru permite o toleranţă la defecte în coloana principală a reţelei şi poate asigura o parte din minimizarea numărului de hopuri ale unei reţele plasă integrală, fără a plăti toate costurile acesteia şi fără a înfrunta limitările sale asupra scalabilităţii.

Formarea unei plase integrale din coloana principală a unui WAN multinivel este doar o formă de topologie hibridă. Alţi hibrizi pot fi, de asemenea, deosebit de eficienţi. Cheia este căutarea topologiilor şi subtopologiilor care pot fi utilizate în combinaţie pentru a satisface necesităţile dumneavoastră specifice de lucru în reţea.

67

6.3. Proiectarea reţelei WAN. Criterii de performanţă Proiectarea unei reţele WAN necesită integrarea cu succes a tuturor componentelor

descries în acest capitol. Integrarea este reuşită dacă performanţele reţelei finalizate îndeplinesc, sau depăşesc, cerinţele de performanţă şi aşteptările utilizatorilor. De aceea, este absolut necesar să identificaţi şi să cuantificaţi (în măsura în care utilizatorii cooperează) aceste criterii de performanţă înainte de a începe proiectarea.

Pentru a evalua reuşita unui WAN, pot fi aplicate multe şi diverse criterii, sau unităţi de măsură. Multe dintre acestea sunt destul de obiective şi pot fi extrase automat din protocoalele de monitorizare a reţelei native oricărui dispozitiv de reţea. Altele sunt subiective şi pot fi imposibil de determinat în avans. Printre cele mai uzuale unităţi de măsură se numără :

• Durata funcţionării componentelor • Volumul de trafic • întârzierile şi latenţa • Ratele de utilizare a resurselor

Fiecare dintre aceste unităţi de măsură este discutată mai detaliat în secţiunile următoare. 6.3.1. Durata funcţionării componentelor : fiecare componentă fizică a WAN-ului

poate fi monitorizată şi măsurată sub aspectul disponibilităţii sale prin utilizarea duratei de funcţionare (uptime). Aceasta este opusul duratei de nefuncţionare (downtime): este perioada de timp cât dispozitivul este operaţional şi în funcţiune, relativ la cerinţele utilizatorilor faţă de disponibilitatea sa. Este ceva obişnuit ca durata de funcţionare să fie exagerată statistic prin măsurarea pornind de la 7 x 24, chiar dacă cerinţele utilizatorilor pot fi de 5 x 12. Amintiţi-vă să adaptaţi această unitate de măsură, sau oricare alta, la cerinţele exprimate de utilizatori în ceea ce priveşte performanţa reţelei.

Toate dispozitivele electronice - chiar şi cele mai fiabile - suferă în cele din urmă o defecţiune. Majoritatea fabricanţilor furnizează valoarea nominală a timpului mediu între defectări (Mean Time Between Failures - MTBF) pentru echipamentul lor, ca o garanţie a fiabilităţii produselor. În mod tipic, valorile nominale MTBF sunt exprimate în zeci de mii de ore. Acestea s-ar putea transforma în ani de funcţionare fără probleme. Din nefericire, aceste valori sunt obţinute statistic. Timpul real dintre defectările oricărui dispozitiv depinde de un număr de factori, printre care:

• Intervalul de temperaturi ale mediului său operaţional • Calitatea tensiunii electrice de alimentare • Modul de manevrare înainte şi în timpul operării

Cu alte cuvinte, consumul de benzină nu este tot timpul acelaşi! Monitorizarea şi urmărirea timpului de funcţionare a componentelor individuale vă permite să demonstraţi comunităţii dumneavoastră de utilizatori cât de bine satisfaceţi cerinţele lor privind disponibilitatea reţelei.

Datele despre tendinţele timpului de funcţionare a componentelor pot fi, de asemenea, urmărite în timp, pentru identificarea potenţialelor componente problematice din infrastructura reţelei dumneavoastră. Astfel de tendinţe pot furniza informaţii despre fiabilitatea generală a unui anumit tip sau a unei mărci de hardware, care pot fi utilizate pentru identificarea componentelor individuale cu risc de defectare.

NOTĂ : Termenul disponibilitate este utilizat uneori pentru a descrie generic timpul global de funcţionare a reţelei. El nu este însă o unitate de măsură bună. Teoretic, disponibilitatea reţelei furnizează o exprimare cuantificată, sinoptică a stării de promptitudine a reţelei. în practică, disponibilitatea este lipsită de sens. Astfel, dacă un router de la o locaţie anexă se defectează, întreaga reţea este indisponibilă utilizatorilor de la acea locaţie. Totuşi, reţeaua este disponibilă utilizatorilor de la orice altă locaţie. Aceştia nu pot să acceseze gazdele de la locaţia afectată, dar nu sunt împiedicaţi să acceseze oricare altă gazdă din reţea. Gradul în care este disponibilă reţeaua variază foarte mult în funcţiede locaţie şi de cerinţele de utilizare. Prin urmare, cuantificarea disponibilităţii reţelei este mai mult împovărătoare decât valoroasă.

68

6.3.2. Volumul de trafic : una dintre cele mai importante unităţi de măsură pentru orice WAN este volumul de trafic pe care se estimează că îl va suporta. Volumul este aproape întotdeauna instabil: el variază în funcţie de timp, de ciclurile activităţilor comerciale, de anotimp şi aşa mai departe. Cu alte cuvinte, puteţi fi sigur că volumul de trafic nu este constant. Astfel, este important să se măsoare volumul utilizând valori maxime şi medii :

• Volumul maxim pe care estimaţi că îl suportă reţeaua este cunoscut ca volum de vârf (peak volume). Aşa cum sugerează şi numele său, acesta reprezintă cel mai mare traffic pe care estimaţi că va trebui să îl suporte reţeaua.

• Volumele medii sunt intensităţile normalizate ale traficului la care aveţi motive, să vă aşteptaţi în cursul unei zile de lucru de la oricare locaţie dată. Adică, traficul elementar într-o zi obişnuită, nu media numerică a întregului trafic!

Stabilirea acestor două volume de trafic este crucială pentru dimensionarea echipamentelor de transmisie ale reţelei WAN, ca şi a routerelor sale. De exemplu, dacă vă aşteptaţi ca oricare staţie dată să genereze o intensitate a traficului de 100 Kbps în timpul unei zile de lucru, este clar că o instalaţie de transmisie de 56 Kbps este inadecvată.

NOTĂ : Dacă utilizaţi una dintre topologiile mai complexe descrise mai devreme în acest capitol, trebuie să identificaţi şabloanele de trafic şi volumele globale care urmează a fi plasate în routerele coloanei principale şi în echipamentele de transmisie ale reţelei dumneavoastră.

6.3.3. Întârzierile : întârzierea este una dintre valorile care pot fi utilizate pentru a

măsura performanţele reţelei, întârzierea este timpul care trece între două evenimente. în comunicaţiile de date, aceste două evenimente sunt, în mod tipic, transmisia şi recepţia de date. Prin urmare, întârzierea este perioada de timp totală necesară reţelei pentru a transporta un pachet de la punctul de expediere la destinaţia sa. Dată fiind această definiţie, întârzierea este un fenomen global, cu numeroase cauze posibile. Trei dintre cauzele cele mai frecvente sunt :

• Întârzierile de propagare. Acest termen se referă la perioada de timp cumulată care este necesară pentru transmiterea, sau propagarea datelor prin fiecare instalaţie de transmisie din calea de reţea pe care acestea trebuie să o parcurgă. Dimensiunea şi cantitatea fiecărei instalaţii de transmisie din calea de reţea contribuie direct la întârzierea globală a oricărei transmisii. Un alt factor care contribuie la întârzierea de propagare este volumul de trafic. Cu cât traficul printr-o instalaţie de transmisie este mai mare, cu atât lărgimea de bandă disponibilă pentru noi transmisiuni este mai mică. Întârzierile de propagare sunt specifice circuitelor terestre, indiferent dacă ele traversează un mediu de cupru sau de sticlă.

• Întârzierile introduse de sateliţi. Unele instalaţii de transmisie sunt bazate pe sateliţi. Ele necesită ca semnalul să fie transmis către satelit şi înapoi. Datorită distanţelor mari care pot exista între instalaţiile de transmisie terestre şi satelit, aceste întârzieri pot fi destul de semnificative.

• Întârzieri de expediere. întârzierea de expediere într-o reţea este perioada de timp cumulată necesară fiecărui dispozitiv fizic pentru a primi, a memora temporar, a procesa şi a transmite datele mai departe. întârzierea reală de expediere a oricărui dispozitiv dat poate să varieze în timp. Dispozitivele individuale care operează aproape de întreaga lor capacitate au în mod obişnuit o întârziere de expediere mai mare decât dispozitivele comparabile care sunt mai puţin solicitate. în plus, întârzierile de expediere pot fi exacerbate de traficul intens sau de condiţii de eroare în reţea. Ele sunt frecvent identificate ca latenţă a componentelor individuale.

6.3.4. Utilizarea resurselor : gradul în care sunt utilizate diversele resurse fizice ale

WAN-ului este un bun indicator pentru cât de bine sau cât de prost funcţionează WAN-ul relativ la cerinţele de performanţă. Ar trebui monitorizate cu atenţie două categorii principale de rate de utilizare a resurselor:

• Ratele de utilizare a memoriei şi a unităţii centrale de prelucrare (CPU) a routerelor • Ratele de utilizare a instalaţiilor de transmisie

69

6.3.4.1. Resurse routere : routerele sunt unele din componentele vitale ale oricărui WAN. Spre deosebire de instalaţiile de transmisie, ele sunt în afara ariei de autoritate a companiei de telecomunicaţii. Prin urmare, ele sunt în mod clar în responsabilitatea abonatului. Din fericire, un router este un dispozitiv inteligent, care conţine propriul CPU şi propria memorie. Aceste resurse fizice sunt indispensabile pentru calcularea rutelor WAN şi expedierea pachetelor. Ele pot fi utilizate, de asemenea, pentru monitorizarea performanţelor routerului.

Dacă ratele de utilizare a unităţii CPU sau a memoriei se apropie de 100 la sută, performanţa are de suferit. Numeroase condiţii pot avea ca rezultat creşterea abruptă, temporară, a ratelor de utilizare, cu degradarea în consecinţă a performanţei. Un exemplu ar putea fi o creştere bruscă a transmisiunilor de la LAN la WAN. Reţelele LAN pot să opereze la viteze de până la 1 Gbps, dar de obicei funcţionează la doar 10, 16 sau 100 Mbps. Oricare dintre aceste viteze este o nepotrivire grosieră cu instalaţiile de transmisie WAN, care oferă o meschină lărgime de bandă de 1,544 Mbps. Această nepotrivire privind lărgimea de bandă implică utilizarea memoriei tampon a routerului. Nu trebuie mult timp pentru ca un router să fie strangulate de date, considerând o perioadă susţinută de transmisiuni LAN intense.

Dacă astfel de situaţii sunt rareori întâlnite, ele pot fi considerate aberaţii. Aberaţiile ar trebui monitorizate, dar nu ar trebui să conducă la modernizări fizice. Totuşi, dacă aceste strangulări reapar sau constituie o tendinţă, trebuie făcut ceva. Aceasta necesită o modernizare la următorul router ca mărime sau o extindere a memoriei. Răspunsul la ratele înalte de utilizare CPU ar putea să nu fie la fel de simplu ca în cazul extinderii memoriei. Există doar două opţiuni pentru îmbunătăţirea ratelor de utilizare CPU :

• Modernizarea cu un router mai puternic • Investigarea şabloanelor de trafic ale WAN-ului pentru a vedea dacă poate fi redusă

încărcarea routerului suprasolicitat Manipularea şabloanelor de trafic este într-adevăr o opţiune viabilă doar în WAN-urile

mai mari, cu topologii complexe, care pot să-şi permită redundanţa rutelor. Chiar şi aşa, dacă routerul în cauză este un vehicul de margine (spre deosebire de un router de coloană principală), singura dumneavoastră opţiune este probabil înlocuirea lui cu unul superior.

6.3.4.2. Ratele instalaţiilor de transmisie : instalaţiile de transmisie pot fi şi ele monitorizate pentru utilizare. în mod tipic, această rată de utilizare este exprimată ca procentaj de lărgime de bandă consumată. De exemplu, dacă utilizaţi o legătură T-l, o anumită eşantionare ar putea indica faptul că se utilizează în mod curent 30 la sută din cei 1,544 Mbps ai lărgimii de bandă disponibile.

Aceste rate sunt dificil de analizat şi ar putea fi înşelătoare. De exemplu, nu este neobişnuit ca pachetele de software pentru administrarea reţelei să captureze date de utilizare pe intervale de timp. Aceste intervale pot fi de o oră, cinci minute etc. Dacă frecvenţa de eşantionare este setată prea grosier, ar putea scăpa fluctuaţiile de durată scurtă în utilizarea lărgimii de bandă. Dacă eşantionarea se face prea frecvent, v-aţi putea împotmoli într-o încâlceală de puncte de date fără sens. Secretul este găsirea frecvenţei corecte, care asigură date semnificative despre modul de funcţionare a reţelei relativ la aşteptările utilizatorilor.

Dincolo de simpla selectare a ratei de eşantionare se pune problema ferestrelor de eşantionare. O fereastră de eşantionare este intervalul de timp în care trebuie luate eşantioanele. Stabilirea unei ferestre de eşantionare constă în stabilirea frecvenţei şi a duratei eşantionării. Fereastra de eşantionare ar trebui determinată de către cerinţele utilizatorilor pentru disponibilitatea WAN-ului. Dacă eşantioanele de utilizare sunt dispersate pe perioada unei zile de 24 de ore şi a unei săptămâni de 7 zile, dar utilizatorii muncesc 10 ore pe zi, 5 zile pe săptămână, datele statistice nu vor fi relevante pentru îndeplinirea cerinţelor utilizatorilor.

Ratele de utilizare reprezintă un instrument statistic minunat pentru monitorizarea şi măsurarea stării echipamentelor de transmisie. Ele nu sunt totuşi singura modalitate de estimare a performanţei unei reţele. Reţeaua este reuşită doar dacă satisface nevoile utilizatorilor. De aceea, o combinaţie de indicatori de performanţă care să asigure o perspectivă cu mai multe feţe, mixtă, oferă probabil o estimare mai bună a reuşitei reţelei.

70