Примеры многопротокольных и инкапсулирующих маршрутизаторов

Мост/маршрутизатор NETBuilder II компании 3Com

Мост/маршрутизатор NETBuilder II предназначен для соединения больших, многосегментных локальных сетей с сетевой магистралью. Его внутренняя шина имеет пропускную способность 800 Мб/с и в сочетании с мультипроцессорной RISC-архитектурой обеспечивает быстрый обмен пакетами между портами во всех режимах работы. Можно менять конфигурацию устройства не останавливая его работы - это обеспечивается за счет соответствующей программной поддержки процесса конфигурирования.

Имеется несколько вариантов шасси для NETBuilder II - на 4 слота, на 8 слотов и расширенное шасси на 8 слотов. В слоты шасси устанавливаются модули двух размеров - обычного и расширенного. В шасси на 4 и на 8 слотов имеются слоты для обычных модулей и слоты для расширенных модулей, причем в расширенный слот можно установить два обычных модуля. Расширенное шасси отличается тем, что в нем пара соседних обычных слотов образует один слот для расширенного модуля, поэтому его компоновка отличается большей гибкостью, чем у обычного шасси. Все модули подходят для любого варианта шасси.

Основную работу по ведению топологической базы данных и вычислению маршрутов ведет модуль Communications Engine Card (CEC), то есть модуль коммуникационного центра. Кроме этого, он выполняет и функции управления, включая диагностику с использованием специального диагностического процессора. Высокая скорость вычисления маршрутов обеспечивается за счет наличия в модуле специализированной БИС, работающей совместно с RISC-процессором AMD 29000. CEC выпускается в двух вариантах - с быстрой памятью объемом 12 Мбайт и объемом 20 Мбайт. Наличие модуля CEC в шасси обязательно.

Модуль CEC совместно с шиной 800 Мб/с обеспечивает скорость продвижения 75000 пакетов в секунду. Дальнейшее повышение производительности маршрутизатора происходит при использовании мультипроцессорной схемы обработки маршрутов, когда каждый интерфейсный модуль маршрутизатора имеет свой процессор, работающий в кооперации с модулем CEC. Такой интеллектуальный интерфейсный модуль кэширует информацию о необходимых для его работы маршрутах и обращается к центральному модулю CEC только при отсутствии сведений о новом маршруте. Использование мультипроцессорной архитектуры повышает скорость продвижения пакетов в модуле до 250000. Пока для маршрутизатора NETBuilder II выпускается только один интерфейсный модуль в мультипроцессорной архитектуре - это модуль NETBuilder II MP Ethernet 6-Port 10Base-T. Компания 3Com намерена реализовать в мультипроцессорной архитектуре интерфейсные модули для всех сетевых технологий.

NETBuilder II можно сконфигурировать так, чтобы он работал как мост. В качестве моста он поддерживает такие дополнительные функции, как защиту от широковещательных штормов, алгоритм покрывающего дерева, маршрутизацию от источника (Source rout bridging) и прозрачную маршрутизацию от источника (Source rout transparent bridging). Поддерживаются виртуальные группы, которые затем могут маршрутизироваться на внутренней шине NETBuilder II, образуя виртуальные сети.

В зависимости от используемых шасси и модулей NETBuilder II может поддерживать до 48 локальных связей и до 24 глобальных связей.

Для поддержки глобальных связей имеются модули с интерфейсами V.35, RS-232, RS-449, RS-530, G.703, X.21 и HSSI. Для глобальных связей поддерживаются скорости от 1200 б/с до скоростей T1/E1 и дробных линий T3/E3 (до 6.2 Мб/с), а с модулем HSSI - полные скорости T3/E3, а также SONET OC-1 (52 Мб/с). Модуль G.703 имеет встроенное устройство DSU/CSU. Интерфейсные модули для глобальных связей могут работать с сетями на основе стандартов PPP, X.25, frame relay, SMDS и ATM.

Для локальных связей имеются модули с портами:

• Ethernet AUI (1 порт в модуле), BNC (1), 10Base-FL (2), 10Base-T (6);
• Token Ring DB-9 или RJ-45 (1 порт по выбору);
• FDDI с поддержкой многомодового или одномодового кабеля, возможно SAS или DAS подключение одного MAC-адреса.

Поддерживаются основные маршрутизируемые протоколы сетевого уровня, включая TCP/IP, Novell IPX, XNS, OSI, DECnet, VINES, AppleTalk, DLSw, APPN. Могут использоваться такие протоколы обмена маршрутной информацией, как RIP-IP, RIP-IPX, OSPF, IS-IS и Novell NLSP.

Для передачи пакетов по глобальным связям может осуществляться компрессия с коэффициентом сжатия до 1:4.

Для работы по коммутируемым телефонным линиям поддерживаются различные стратегии вызова абонента - коммутация по протоколу PPP, вызов по требованию, возможность использования небольшого количества модемов или терминальных адаптеров ISDN для обслуживания большого количества удаленных точек, возможность использования резервной линии для увеличения пропускной способности в случае увеличения трафика или отказа основной линии, вызов абонента по расписанию.

Для управления и администрирования моста/маршрутизатора NETBuilder II может использоваться система управления Transcend в средах Windows и UNIX.

Так как мост/маршрутизатор NETBuilder II представляет собой в высокой степени программируемое устройство, то набор функций, которые он может выполнять по отношению к своим портам и линиям связи, во многом зависит от состава загруженного в его память программного обеспечения. Версия программного обеспечения NETBuilder II 8.1 состоит из отдельных модулей: моста, центрального маршрутизатора в архитектуре Boundary Routing, IP (вместе с RIP, OSPF, EGP, BGP), IPX (вместе с NLSP), XNS, PPP, компрессии данных, сервисов вызова по телефонным коммутируемым линиям, поддержки мультипроцессорной архитектуры.

На рисунке 3.3 показан пример построения сети с использованием маршрутизатора NETBuilder II и основных моделей коммутаторов компании 3Com.

Для расширения возможностей NETBuilder II по построению глобальных связей через цифровые телефонные сети ISDN компания 3Com выпустила два устройства расширения: NETBuilder II WAN Extender T1 и E1. Это отдельные устройства в архитектуре SuperStack, которые работают в качестве дополнительного ISDN-интерфейса для моста/маршрутизатора NETBuilder II. Эти устройства обеспечивают большое количество 64-килобитных каналов как для коммутируемых, так и для выделенных цифровых линий. Каждый такой канал данных представляет собой независимый коммуникационный путь к мосту/маршрутизатору в удаленной точке, и он представляется для NETBuilder II как отдельный "виртуальный" порт.

Рис. 3.3.

Устройство NETBuilder II WAN Extender E1 обеспечивает два интерфейса E1, которые независимо присоединяются к каналу ISDN PRI (30 каналов типа B и один канал типа D) или к каналу E1 (31 канал по 64 Кб/с). Поддерживается до 75 виртуальных портов и до 256 удаленных точек.

Семейство маршрутизаторов компании Bay Networks/Wellfleet

Это семейство состоит из моделей, разработанных для удовлетворения потребностей в объединении сетей самых разных размеров и технологий.

Модели Access Node (AN) и Access Node Hub (ANH) представляют собой недорогое решение для небольших удаленных офисов, имеющих локальные сети Ethernet или Token Ring и нуждающихся в связи с корпоративной магистральной сетью. Модель AN может поддерживать как Ethernet, так и Token Ring, в то время как модель ANH предназначена для соединения только сетей Ethernet.

Access Stack Node (ASN) - это первый в промышленности стековый маршрутизатор, с помощью которого можно строить легко расширяемые сети, включающие сегменты Ethernet, Token Ring и FDDI, связанные с центральной сетью через глобальные связи. По мере роста сети в стек можно добавлять дополнительные устройства ASN (до 4-х), обеспечивая до 24 сетевых интерфейсов в стеке с общей скоростью продвижения пакетов до 200000 пакетов в секунду.

Модель Backbone Link Node (BLN) предназначена для крупных сетей за счет поддержки до 16 сетевых интерфейсов (Ethernet, Token Ring, FDDI, WAN) с общей производительностью продвижения пакетов 250000 пакетов в секунду.

Разработанный для наиболее ответственных применений, маршрутизатор старшей модели Backbone Concentrator Node (BCN) поддерживает до 52 сетевых интерфейсов с общей производительностью до 760000 пакетов в секунду.

Почти все модели маршрутизаторов (кроме AN и ANH) основаны на симметричной мультипроцессорной архитектуре Wellfleet, которая иллюстрируется рисунком 3.4.

Рис. 3.4. Симметричная мультипроцессорная структура маршрутизаторов Wellfleet

Эта архитектура основана на элементах трех типов: процессорных модулях, модулях связи и высокоскоростной шине межпроцессорных соединений.

Модуль связи (Link module) является интерфейсным модулем, поддерживающим специфический стандартный сетевой интерфейс локальных или глобальных связей (Ethernet, FDDI, RS-232, T1 и т.д.). Каждый модуль связи непосредственно соединен с обслуживающим его процессорным модулем через специальный интерфейс Processor-Link. Модуль связи выполняет три основные функции:

• физический интерфейс к специфической сети (Ethernet, Token Ring, ...),
• передачу пакета через интерфейс Processor-Link в процессорный модуль,
• фильтрацию пакетов по алгоритму моста, разгружающую процессорный модуль от обработки ненужных пакетов.

Процессорный модуль FRE (Fast Routing Engine) состоит из центрального процессора Motorola MC68040 33MHz, локальной памяти, глобальной памяти (общим объемом 8 Мб), процессора прямого доступа к памяти (DMA) и интерфейса с модулем связи (рисунок 3.5).

Рис. 3.5. Структура процессорного модуля
(интеллектуальный интерфейс модуля связи с процессорным модулем)

Центральный процессор принимает решения по фильтрации/продвижению пакетов, модифицирует заголовки пакетов, если это необходимо, передает пакеты непосредственно присоединенному модулю связи или другому процессорному модулю, обновляет базу данных адресной и топологической информации, поддерживает SNMP-управление и выполняет другую административную работу.

Локальная память хранит маршрутные и адресные таблицы, а также другие данные, которые используются или были выработаны процессором данного модуля.

Глобальная память представляет собой буфер, который хранит пакеты, передаваемые от модуля связи данного процессорного модуля или от другого процессорного модуля. Память называется глобальной, так как она видна из любого процессорного модуля и доступна ему. Пакеты передаются в глобальную память с помощью процессора прямого доступа к памяти (DMA processor).

Процессорные модули поддерживают все основные сетевые протоколы: TCP/IP, OSI, DECnet Phase IV, Novell IPX, Banyan VINES, AppleTalk Phase 2, IBM SNA, X.25, Frame Relay, SMDS, ATM.

Высокоскоростная шина межпроцессорных соединений PPX (Parallel Packet Express) обеспечивает скорость передачи данных 1 Гб/с. Используется 4 независимых, избыточных шины 256 Мб/с, нагрузка между которыми может балансироваться динамически. Шина обеспечивает высокую производительность и одновременно высокую отказоустойчивость. Каждый процессорный модуль подсоединен ко всем четырем шинам и может выбирать любую для передачи данных (рисунок 3.6). Определенная шина выбирается случайным образом для каждого пакета отдельно. Если одна из шин отказывает, то нагрузка перераспределяется между остальными.

Программное обеспечение маршрутизаторов Wellfleet имеет распределенную архитектуру (рисунок 3.7).

Рис. 3.6. Связь процессорных модулей по шине PPX

Функции продвижения пакетов, их фильтрации и управления маршрутизатором распределены по симметричной схеме между процессорными модулями маршрутизатора. Это обеспечивает высокую производительность и отказоустойчивость, так как при отказе одного из процессорных модулей остальные продолжают выполнять свои функции.

Вся обработка пакетов для интерфейсного модуля выполняется присоединенным к нему процессорным модулем. Каждый процессорный модуль имеет свою копию программного обеспечения, выполняющего функции моста и маршрутизатора, а также свои таблицы маршрутизации. При получении пакетов с обновленной маршрутной информацией все вычисления новых значений таблиц маршрутизации выполняются на одном процессорном модуле, а затем эти пакеты передаются остальным процессорным модулям для обработки.

Рис. 3.7. Распределенная архитектура программных средств

Рис. 3.8. Многоуровневая структура программных средств

Исключения делаются только для протоколов, требующих интенсивных вычислений, таких как OSPF. Программный модуль OSPF активизируется только на одном процессорном модуле, который находит оптимальные маршруты, а затем распространяет их по всем процессорным модулям.

Программное обеспечение маршрутизаторов Wellfleet организовано в соответствии с многоуровневым принципом, как и любая современная операционная система (рисунок 3.8), что позволяет ее легко модифицировать.

Интерфейсные модули (модули связи)

Существует 5 типов интерфейсных модулей связи:

• Ethernet Intelligent Link Interface - 2/4 порта Ethernet с возможностью высокоскоростной фильтрации (29000 п/с), поддержкой алгоритмов Transparent Bridging и Spanning Tree, конфигурирование с помощью системы Optivity;
• Token Ring Intelligent Link Interface - 2/4 порта Token Ring 4/16 Мб/с;
• FDDI Intelligent Link Interface - 2 порта, поддерживающие два соединения SAS или одно соединение DAS, фильтрация со скоростью до 500000 п/с;
• ATM Intelligent Link Interface - обеспечивает маршрутизаторы BLN и BCN возможностями соединения локальных сетей через частные или общественные сети ATM. Предоставляет мультипротокольные возможности для ATM-рабочих групп. Поддерживает спецификации RFC-1483 и RFC-1577, определяющие работу протокола IP через сети ATM. Обеспечивает интерфейс SONET/SDH со скоростью 155 Мб/с, поддерживая до 1024 виртуальных каналов SVC. Поддерживает сервис для уровней AAL 3/4 и AAL 5. Для других маршрутизаторов интерфейс с сетями ATM обеспечивается модулями глобальных связей;
• Serial Intelligent Link Interface - обеспечивают глобальные связи для всех основных видов глобальных интерфейсов и протоколов: V.35, RS-449/422, RS-232, X.21 со скоростью до 6 Мб/с, HSSI для связи с линиями T3/E3 со скоростью до 52 Мб/с; поддерживаются протоколы Frame Relay, SMDS и ATM, T1/E1 со скоростью до 2.048 Мб/с, ISDN BRI и PRI.

Маршрутизаторы компании Cisco

Маршрутизаторы, выпускаемые компанией Cisco, можно разделить на следующие классы:

• Модульные маршрутизаторы. Сюда входят маршрутизаторы, предназначенные для построения магистралей крупных сетей и работающие практически со всеми технологиями локальных и глобальных сетей и со всеми основными сетевыми протоколами: серии Cisco 7500, 7000, AGS+, Cisco 4000;
• Маршрутизаторы с фиксированным числом портов, предназначенные для объединения сетей небольших офисов: серии Cisco 3000, Cisco 2500;
• Маршрутизаторы для подключения тупиковой удаленной локальной сети - "расшири- тели" сетей (LAN extenders): серия Cisco 1000;
• Маршрутизаторы, встраиваемые в персональные компьютеры - карты AccessPro PC представляют собой полнофункциональные многопротокольные маршрутизаторы, которые устанавливаются в IBM-совместимые персональные компьютеры с шинами ISA или EISA;
• Серверы доступа компании Cisco предназначены для обеспечения доступа в сеть удаленных пользователей и синхронной/асинхронной маршрутизации; также эти устройства могут функционировать в качестве терминального сервера, сервера удаленного узла, транслятора протоколов, маршрутизатора.

Модульные маршрутизаторы предоставляют возможность строить систему, выбирая необходимые интерфейсные модули. Количество модулей ограничено размером шасси. Все маршрутизаторы работают под управлением IOS. Модульные маршрутизаторы компании Cisco включают следующие модели: Cisco 7500, Cisco 7000, AGS+, Cisco 4000.

Серия Cisco 7000 поддерживает очень широкий диапазон соединений, среди которых: Ethernet, Token Ring, FDDI, Serial, HSSI, ATM, Channelized T1, Fractionalized E1 (G.703/G.704), ISDN PRI, Channel Interface for IBM mainframes.

Сетевые интерфейсы располагаются на модульных процессорах, которые обеспечивают прямое соединение между высокоскоростной магистралью Cisco Extended Bus (CxBus) и внешней сетью. Пять разъемов доступны под интерфейсные процессоры в модели Cisco 7000. Возможность "горячей" замены позволяет добавлять, заменять или удалять процессорные модули CxBus без прерывания работы сети. Для хранения информации используется стандартная Flash-память. Все модели поставляются с комплектом для монтажа в стандартную 19" стойку. Cisco 7000 содержит пять слотов для интерфейсных процессоров.

Распределенная обработка выполняется процессором маршрутизации (Route Processor - RP), коммутирующим процессором (Switch Processor - SP) и силиконовым коммутирующим процессором (Silicon Switch Processor - SSP).

Протоколы конкретных локальных и глобальных сетей обеспечиваются соответствующими интерфейсными процессорами :

• Ethernet Interface Processor (EIP),
• Token Ring Interface Processor (TRIP),
• FDDI Interface Processor (FIP),
• High-Speed Serial Interface (HSSI) Interface Processor (HIP),
• Fast Serial Interface Processor (FSIP),
• Asynchronous Transfer Mode (ATM) Interface Processor (AIP),
• MultiChannel Interface Processor (MIP),
• Channel Interface Processor (CIP).

Маршрутизаторы Cisco 7000 обеспечивают общую скорость продвижения пакетов 270000 п/с.

Отличительные особенности серии Cisco 7000

• Горячая программная переконфигурация системы (On-line software reconfiguration). Допускается изменять параметры системы без перезагрузки или остановки работы приложений и сервисов.
• Горячая вставка и замена. Допускается горячая замена интерфейсных процессоров без перезагрузки или остановки работы приложений и сервисов. При этом не требуется вмешательства оператора, так как интерфейсные процессоры переконфигурируются автоматически.
• Быстрая загрузка. Обеспечивается быстрая загрузка системы (обычно 35 секунд) после обновления (upgrade) программного обеспечения с минимальным влиянием на сеть.
• Мониторинг сетевой среды. При неустойчивой работе системы выдается предупреждение оператору, что позволяет ему предпринять какие-либо меры до того, как произойдет сбой.
• Самодиагностика. Перед тем, как начать работу с модулем, система проверяет его работоспособность, чтобы в дальнейшем избежать ошибок.
• Поддержка двух источников питания. Допускается применение двух источников питания, каждый из которых имеет свой собственный сетевой шнур, чтобы уменьшить риск, связанный с возможными проблемами в электросети.
• Перепрограммируемое ПЗУ (flash erasable programmable read-only memory - EPROM). Возможна быстрая, надежная и централизованная замена микрокода ПЗУ всех существующих в сети маршрутизаторов без необходимости присутствия оператора в физических местах их расположения.

Серия 7500 - это новая серия многопротокольных маршрутизаторов, объявленная в сентябре 1995 года и пришедшая на замену маршрутизаторов серии 7000, которые по данным IDC заняли 59% рынка магистральных маршрутизаторов.

Серия 7500 во многом похожа на серию 7000, но отличается от нее в нескольких отношениях:

• Мультипроцессорная архитектура,
• Шасси с большим количеством слотов,
• Улучшенная отказоустойчивость,
• Более быстрые внутренние шины.

Крайне важно, что обеспечена совместимость с модулями серии 7000 - все устанавливаемые в слоты модули модели 7000 могут быть установлены в шасси модели 7500. Основное отличие новых интерфейсных модулей заключается в том, что они снабжены RISC-процессорами, разгружающими центральные процессорные модули (рисунок 3.9).

Шасси старшей модели 7513 имеет 13 слотов, в 11 из которых могут устанавливаться интерфейсные модули. Для первой реализации модели 7513 предлагаются следующие интерфейсные модули:

• 100Base-T - 2 порта,
• Token Ring - 6 портов,
• 10Base-T - 6 портов,
• WAN-связи - 6 портов.

В отличие от одной внутренней шины серии 7000 с пропускной способностью только 500 Мб/с, шасси модели 7513 имеет 2 шины с пропускной способностью по 1 Гб/с каждая. К этим шинам подключаются два центральных модуля RPS (Rout Processor Switch), на которых работает операционная система IOS. Вместо процессора с тактовой частотой 33 МГц моделей серии 7000 в модулях RSP использованы RISC-процессоры с тактовой частотой 100 МГц.

Компания Cisco планирует в ближайшее время снабдить маршрутизаторы серии 7500 функцией сервера маршрутизации для поддержания модели виртуального маршрутизатора в сетях, использующих коммутаторы. Для этого требуется внести соответствующие изменения в IOS, а также в коммутаторы Catalyst. Новая версия IOS также будет в состоянии загружать маршрутные таблицы в интерфейсные модули серии 7500, которые будут иметь возможность самостоятельно принимать маршрутные решения без участия центральных модулей RPS.

Рис. 3.9. Структура маршрутизаторов новой серии Cisco 7500

Предыдущая глава | Оглавление | Следующая глава