Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Глобальный симбиоз сетей - Internet & Ethernet

Сергей Закурдаев, 30/10/2019

В настоящее время развитие каждой страны определяются ее возможностями в проведении 4 Промышленной революции. При этом наряду с уже существующим «Интернетом людей» возникает проблема создания новых, - «Интернета вещей» и «Промышленного Интернета», которым в настоящее время дано единое определение – «Интернет всего», в котором все объекты этих систем (ПК и другие технические устройства – «вещи» и датчики), - для организации их взаимодействия должны находиться в Едином Информационном Пространстве (ЕИП). В этих условиях, - ввиду исчерпания свободных адресов IPv4 (из общего числа 4,6 миллиарда), - возникла необходимость в Модернизации Интернета.

Как известно, Системный анализ при модернизации требует рассматривать альтернативные варианты, но это не было сделано: Группа по развитию Интернета в 1995 г. предложила протокол IPv6, имеющий 128-разрядный адрес.

Модернизация Интернета, связанная с внесением протокола IPv6 как в ПО маршрутизаторов, так и в ПО пользовательских ПК представляет собой длительный и дорогой процесс. По статистике, проводимой Google, - в 2018 г. доля пользователей IPv6 составляет: в США – 39%, в Германии – 38%, в Индии 34 %, а в России – 1,3%. В этой связи оправданы попытки найти новое (инновационное) решение по созданию Единого Информационного Пространства всего Мира, что необходимо для успешной реализации 4 Промышленной революции в каждой стране.

В настоящее время это решение существует, но прежде полезно вернуться к истории создания компьютерных сетей.

В 1961 г. в докторской диссертации Л. Клейнроком в была предложена технология коммутации пакетов - протокольных блоков данных (PDU), в которых указывались как адрес назначения, так и адрес отправителя.

В 1969 г. при создании сети оборонного назначения АРПАНЕТ, - для обеспечения надежной передачи данных от отправителя к получателю была организована сеть радиально - узловой ячеистой структур (mesh – топология), в которой при выходе из строя линии связи или узла коммутации мог быть использован обходной маршрут.

К этому времени широкое распространение получили системы удаленной обработки, которая обеспечивалась путем передачи данных между ЭВМ и терминалами с помощью кадров (frame), в которых указывался только один 8-разрядный адрес назначения.

Поэтому ввиду громадных средств, вложенных в аппаратно – программные средства передачи данных было принято простое решение – инкапсулировать пакет (packet) в информационное поле кадра (frame), что в дальнейшем было определено как 2 и 3 уровни 7 - уровневой модели ISO/OSI. В сети Интернет это протоколы: Point to Point Protocol (PPP) – 2 уровень и Internet Protocol (IP) – 3 уровень модели ISO / OSI.

Ожидаемые перспективы проникновения Интернет-технологий во все сферы общественной деятельности дало основание для провозглашения стратегии AlloverIP. Однако, апологеты протокола IP не учли объективного наличия т.н. «S – кривой» технического прогресса, в соответствии с которой, - при достижении максимального развития существующей технологии, - появляется новая, более совершенная технология.

Так, - еще в 1980 г. для реализации Локальных сетей (LAN) появился протокол Ethernet (EEE802.3), в котором 2 и 3 уровни модели ISO/OSI были объединены в одном протокольном блоке данных (PDU).

При этом каждому ПК присваивается 48-разрядный МАС-адрес на физическом уровне, реализованный либо в сетевой интерфейсной карте (NIC), либо в однокристальном микроконтроллере Ethernet, который был реализован в микросхеме размером менее 1 кв. дюйма.

В настоящее время уже реализован коммутируемый Ethernet, в рамках которого в коммутаторах производится не коммутация, а ретрансляция кадров Ethernet на основе анализа 48-разрядного МАС-адреса .

При этом связь между ПК производится с использованием всего стека протоколов, в том числе IEEE 802.2 - LLC (управление логическим каналом), в котором обеспечивалась транспортные функции (4 уровень модели ISO/ OSI):

  • LLC1 - передача с установлением соединения,
  • LLC2 - передача без установления соединения,
  • LLC3 - передача без установления соединения, но с квитированием.

В силу того, что передача кадра и его коммутация (ретрансляция) в узлах сети производится на 2 (физическом) уровне, - этот процесс может быть реализован аппаратным способом (в темпе приема), что является главным преимуществом сети Ethernet по сравнению с сетями, обеспечивающими коммутацию пакетов. 

Вторым (но не менее важным) преимуществом протокола Ethernet является возможность изменять МАС-адрес при проектировании конкретной Локальной сети, для чего необходимо поставить 47-й бит МАС-адреса в положение 1.

Третьим преимуществом является наличие 48-разрядного МАС-адреса, что позволяет реализовать 2-х ступенчатую адресацию, в которой младшие 16 разрядов будут использованы для адресации абонентов (ПК, вещей и датчиков) в Локальной мультисервисной системы связи (ЛМСС ) – [1 ], а старшие 32 разряда будут использованы в качестве Группового IPv4 адреса, используемого для организации доступа в Интернет (Рис. 1 ).

Снимок экрана 2019-10-30 в 12.52.41

Это уникальное решение представляет своеобразный «симбиоз» в адресации сетей Internet и Ethernet. который позволит при реализации IP сетей, физически не связанных с Интернетом, - организовать в маршрутизаторах ретрансляцию кадров Ethernet (EFR) с использованием технологии IP- маршрутизации, но без формирования кадров РРР.

Поэтому попытку IEEЕ директивным методом внедрить протокол IP (с помощью расширение SNАP) в протокол Ethernet можно признать ошибочной и, следовательно, - стратегия AlloverIP, навязанная США всему Миру (и, к сожалению, России), является некорректной.

Ethernet создавался как офисный протокол для рынка SOHO (Small Office/Home office), - однако, в настоящее время этот протокол является основой для реализации Локальных мультисервисных систем связи (ЛМСС), которые строятся по схеме «клиент – Сервер», где в качестве клиентов могут быть использованы как существующие ПК, так и «тонкие клиенты» - одноплатные бездисковые ПК Российского производства со Свободным ПО, которые будут использоваться во всех Государственных учреждениях, что исключит создания специальных «школьных» ПК и прекратит многомиллионный импорт зарубежных ПК.

Сервер (кластер «серверов-лезвий») кроме своих многочисленных функций в рамках ЛМСС, также будет обеспечивать коллективный защищенный доступ в Интернет (в т.ч. с использованием средств криптозащиты), фильтрацию как входящего, так и исходящего трафика и использовать протокол SIP, позволяющего (в отличие от системы Skype) обеспечить видеосвязь как внутри ЛМСС, так и в глобальном масштабе, при этом Учрежденские АТС будут ликвидированы, как морально устаревшие  ЛМСС будут построены с помощью иерархии «коммутирующих мультиплексоров» ( SWIPLEX, SX ), которые не имеют мировых аналогов [ 2] и реализуются чисто аппаратно (Рис. 2) на основе «Программируемых Логических Интегральных Схем» (FPGA).

Снимок экрана 2019-10-30 в 12.53.15

В каждом из Коммутирующих Мультиплексоров создаются два канала: "восходящий" (к серверу) и "нисходящий" (от сервера).

В "восходящем" канале в буферном ЗУ обеспечивается предварительная параллельная буферизация поступающих кадров Ethernet от 10 входящих каналов со скоростью СМбит/с, при последующей организации их передачи в выходной канал со скоростью 10СМбит/с  по дисциплине FIFO - "первым пришел - первым вышел".

В "нисходящем" канале кадр Ethernet, поступающий со скоростью 10СМбит/с направляется (в соответствии с адресом назначения) к одной из 10 буферного ЗУ, после чего кадр передается со скоростью СМбит/с. (С = 1,10,100,1000).

Иерархия коммутирующих мультиплексоров позволит строить ЛМСС на 10/100/1000/10000 абонентов со скоростями передачи 1/10 /100 /1000 Мбит/с.

В настоящее время можно констатировать, что компания «Сименс» - ведущая фирма в реализации Промышленного Интернета все еще использует на Предприятиях морально устаревшие коммутаторы, которые при необходимости реализации Локальной сети по топологии «дерева» (без альтернативных маршрутов) не обеспечивают надежность при эксплуатации и требует большого времени при подключении резервных линий связи. Кроме того коммутаторы требуют специальной разработки в связи с тяжелыми условиями эксплуатации.

В противоположность этому, - система коммутирующих мультиплексоров обеспечит только прямые каналы для подключения оборудования к Серверу с возможностью их дублирования и резервирования.

Наличие телефонной связи общего пользования в Мировом масштабе как в развитых, так и в развивающихся странах) даст огромный толчок в развитии сети InterEthernet:

  • все Серверы будут размещаться в зданиях АТС и обеспечивать высокоскоростной доступ в Интернет ( до 10 Гбит/с),
  • связь с «клиентами» («Ethernet первой мили») будет реализована на базе ВОЛС, которые будут прокладываться по существующей телефонной канализации, что позволит объединить «Интернет людей» и «Интернет вещей (Рис. 3).

Снимок экрана 2019-10-30 в 12.53.29

Эти действия позволят добиться значительных преимуществ, в частности:

  • отпадет необходимость во внедрении протокола IPv6 в глобальном масштабе,
  • все ЛМСС через Интернет могут быть связаны между собой в режиме «каждая с каждой», что обеспечит создание Единого Информационного Пространства в Глобальном масштабе, в котором можно будет адресовать (идентифицировать) с помощью МАС-адреса протокола Ethernet более 10 триллионов объектов (ПК и других устройств - «вещей» и датчиков), что, фактически означает реализацию «Альтернативного пути построения «Интернета всего» [3].

Построение ЛМСС по всему Миру (в жилом секторе, во всех учреждениях и на всех предприятиях) автоматически приведет к постепенному образованию новой Глобальной мультисервисной системы связи – InterEthernet [4], которая станет основой для реализации 4 Промышленной революции как в России, так и в Мировом масштабе.

Список публикаций

  1. С. Закурдаев «Локальные мультисервисные системы связи», опубликована 22.07.2015 г. на сайте www/nag.ru/articles/article/27834/
  2. С. Закурдаев «Декадный мультиплексор локальной сети» патент РФ №2159511, 1999 г.
  3.  С. Закурдаев «Альтернативный путь построения «Интернета всего», опубликована 30.05.2019 г. на сайте www.tssonline.ru/articles/alternative/
  4.  С. Закурдаев «InterEthernet – новая мультисервисная система связи XXI века». опубликована 19.07.2018 г. на сайте www.tssonline.ru/articles/alternative/

 

Темы:InterEthernet
Комментарии

More...