Miejska sieć komputerowa w technologii ATM w Szczecinie: stan obecny i perspektywy rozwoju.
Krzysztof Bogusławski, Ryszard Budziński, Szymon Kamasa,
Akademickie Centrum Informatyki
Politechniki Szczecińskiej
Al. Piastów 41, 71-065 Szczecin
Krzysztof.Boguslawski@man.szczecin.pl
Ryszard.Budzinski@man.szczecin.pl.
Szymon.Kamasa@man.szczecin.pl.
 

1. Wstęp
2. Stan obecny sieci AMSK w Szczecinie.
3. Doświadczenia w eksploatacji w rdzeniu sieci AMSK technologii ATM.
3.1 LAN Emulation
3.2 LAN Emulation w AMSK
3.3 Fore Thought Development Program
4. Zarządzanie siecią.
5. KDM
 
 
 

Dnia 22.01.98 odbyło się Uroczyste Otwarcie Akademickiej Miejskiej Sieci Komputerowej w Szczecinie, na które zostało zaproszonych wiele znakomitych osobistości z Przewodniczącym KBN – Ministrem prof. A. Wiszniewskim na czele.

Na podstawie porozumienia środowiskowego, w którym uczestniczą:

Budowana jest środowiskowa infrastruktura sieciowo-komputerowa o dużej wydajności, integrującej zasoby obliczeniowe i podsieci lokalne użytkowników na terenie Szczecina oraz zapewniającej połączenia z innymi sieciami komputerowymi (do współpracy ponadregionalnej, krajowej i międzynarodowej) dla wspomagania badań naukowych w całym obszarze nauki.

    2. Stan obecny sieci AMSK w Szczecinie.

W 1997 roku, po rozbudowie tras kabli światłowodowych (rys. 1) mających na celu podłączenie do AMSK pozostałych jednostek organizacyjnych szczecińskich szkół wyższych oraz po przetestowaniu w warunkach laboratoryjnych urządzeń firmy Fore Systems nastąpił etap przejścia z technologii FDDI do ATM. Aktualny schemat sieci AMSK został przedstawiony na rys. 2.

W strukturze sieci wydzielono dwie części :

1. Sieć szkieletowa ATM pracująca z prędkością 155 Mbps, łącząca pięć węzłów, wyodrębnionych jako główne.

2. Sieć typu Ethernet o szybkości 10 Mbps, łączącą podsieci lokalne Ethernet z wyżej wymienionymi węzłami. W miarę wzrostu potrzeb użytkowników przewiduje się przejście ze standardu Ethernet / FDDI na ATM.

Przełącznik główny ATM/ATM – ASX 200 został umieszczony w obiektach Politechniki Szczecińskiej w Campusie śródmiejskim przy Al. Piastów 41. Ma na celu połączenie pięciu węzłów głównych ATM/Ethernet(FDDI) oraz komputerów ze sprzęgami ATM (Power Challenge, SUN - stacja zarządzająca), a także zapewnienie dodatkowego portu do podłączenia podsieci Uniwersytetu Szczecińskiego.

Jako przełączniki dostępowe wykorzystane są PowerHub’y 7000.

Umieszczono je w następujących lokalizacjach:

W 1997 roku nastąpiło uruchomienie nowych połączeń światłowodowych w relacjach: Uruchomienie nowych połączeń dzierżawionych “miedzianych” w relacjach:     Podstawowe usługi oferowane przez ATM to:
  1. IP-over-ATM - (obsługa protokołu IP przez ATM, jeden kanał wirtualny dla połączenia komputer – komputer).
  2. Classical IP – (AAL-5, enkapsulacja IP).
  3. LAN Emulation – (enkapsulacja – Ethernet i Token Ring, tłumaczenie adresów MAC na ATM, multicast i broadcast).
  4. MPOA – multiprotocol over ATM.
Protokoły IP-over-ATM i Classical IP zajmują się translacją protokołu IP w sieci ATM, a MPOA ma za zadanie translacje innych protokołów w sieci ATM – min. IPX. LAN Emulation, pozwala sieciom IP i IPX współpracować z i poprzez ATM. LAN Emulation umożliwia min. zestawienie połączeń między sieciami pracującymi w oparciu o protokoły IPX. Dzięki temu możliwa jest praca sieci działających pod kontrolą np. systemu Netware zlokalizowanych w oddalonych od siebie jednostkach organizacyjnych przyłączonych do rdzenia sieci w różnych punktach. MPOA jest nowym protokołem i nie wszystkie stacje klienckie potrafią go skonsumować.

Istnieją dwie zasadnicze metody łączenia sieci LAN poprzez sieć bazującą na ATM.

Pierwsza z nich, znana pod nazwą native mode, pracuje na tej zasadzie, że mechanizm rozwiązywania adresów jest użyty do mapowania adresów poziomu sieciowego bezpośrednio na adresy ATM, a pakiety warstwy sieciowej są przenoszone przez sieć ATM. Protokół ten pozwala na bezpośrednią komunikację pomiędzy sieciami LAN.

Druga metoda łączenia sieci lokalnych poprzez ATM to mostkowanie ( bridging ) przez technologię LANEmulation ( emulowanie sieci lokalnych ). LANE jest protokołem bridgingu warstwy drugiej modelu sieciowego OSI ( Open Systems Interface ) który powoduje, że zorientowana połączeniowo sieć ATM wygląda i zachowuje się jak dzielony, bezpołączeniowy segment sieci lokalnej typu Ethernet czy Token Ring.

Jako serwis poziomu drugiego LANE może obsługiwać takie protokoły jak TCP/IP, IPX, DECnet równie dobrze jak NetBIOS czy SNA.
 

Łatwo zauważyć zalety jakie niesie ze sobą użytkowanie sieci lokalnej dołączonej do sieci rozległej opartej na szkielecie ATM. W sieci takiej, gdzie współpracuje technologia ATM z technologią LAN (Local Area Network), bardzo dużą rolę przywiązuje się do funkcji realizujących konwersję LAN-to-ATM. Protokół LANEmulation opisuje jedną z metod takiej konwersji.

Protokół LANE definiuje współpracę w ramach pojedynczego emulowanego segmentu sieci lokalnej ( ELAN ). Istnieje też możliwość łączenia wielu pojedynczych lanów w ramach jednej sieci ATM. Pojedynczy ELAN emuluje, zarówno Ethernet jak i Token Ring i składa się z następujących jednostek :

Urządzenia wykorzystywane w celu tworzenia LAN Emulation:

- LEC (LAN Emulation Client) – komputer, bridge

Klient LANE jest jednostką w systemie końcowym, która ma za zadanie przesyłanie danych, rozwiązywanie adresów oraz innych funkcji kontrolnych potrzebnych do działanie tej stacji w pojedynczej sieci LAN. Klient LANE jest identyfikowany poprzez unikatowy adres ATM, który jest powiązany z jednym lub więcej adresami MAC dającymi się osiągnąć poprzez adres ATM.

-LES (LAN Emulation Server) - jeden w każdej sieci wirtualnej

Serwer LANE ma zaimplementowane funkcje kontrolne potrzebne dla poszczególnych emulowanych sieci LAN. Istnieje tylko jeden logiczny LES w każdej sieci ELAN. Jest on identyfikowany unikatowym adresem ATM.

- BUS (Broacast and Unknown Server) - może być wiele w wirtualnych sieciach, adresat pakietów, których adresy MAC są nieznane

BUS jest serwerem potrzebnym do zlokalizowania nieznanego miejsca przeznaczenia pakietów do transmisji oraz do komunikacji broadcastowej w poszczególnych sieciach ELAN. Każdy klient (LEC) jest skojarzony z tylko jednym serwerem BUS w poszczególnej sieci ELAN , ale może istnieć więcej niż jeden BUS w poszczególnej sieci ELAN.

BUS jest identyfikowany za pomocą unikatowego adresu ATM.

- LECS (LAN Emulation Configuration Server) - wspólny dla wielu wirtualnych sieci, automatyczna konfiguracja LES i BUS

LECS jest jednostką która prowadzi przypisanie indywidualnego klienta (LEC) do poszczególnej sieci ELAN poprzez skierowanie go do serwera (LES) obsługującego ten segment sieci LAN. Istnieje tylko jeden logiczny LECS na każdą administrowaną domenę i on tę całą domenę obsługuje.
 
 

W Sieci AMSK zaimplementowane są 3 wirtualne sieci ELAN:

  1. ELAN – amsk - zajmuje główną część rdzenia AMSK w jego skład wchodzą następujące urządzenia:
    1. Switch ASX 200 BX – posiada zaimplementowane jednostki – LECS, LES, BUS, LEC
    2. Cztery switche – PowerHub 7000 – LEC
    3. KDM – Power Challenge XL – LEC
    4. Stacja zarządzająca SUN ULTRA I - LEC
  2. ELAN – default - dla połączenia podsieci WSM w jego skład wchodzą następujące urządzenia:
    1. Switch ASX 200 BX – posiada zaimplementowane jednostki – LECS, LES, BUS, LEC
    2. Switch – Catalyst 5000 – LEC
  3. ELAN – laboratorium - zestawiony do badań laboratoryjnych, w jego skład wchodzą następujące urządzenia:
    1. Switch LE 155 – posiada zaimplementowane jednostki – LECS, LES, BUS, LEC
    2. Cztery komputery PC z systemem Windows NT – LEC
 

Oprogramowanie zainstalowane na przełącznikach PowerHub 7000 w wersji 7.2.3.6.6 nie pozwalało na rutowanie pomiędzy ELAN’ami, więc z konieczności byliśmy zmuszeni do tego aby skonfigurować LEC dla obu pierwszych ELAN’ów w switchu ASX – 200 BX i on stał się routerem dla tych dwóch podsieci. Po otrzymaniu nowej wersji oprogramowania będziemy próbowali przenieść LEC na PowerHub’y, które z natury są także routerami i tam dokonywać rutingu dla tych podsieci.

Ogólnie rzecz biorąc urządzenia sprawują się poprawnie i osiągnęliśmy współpracę pomiędzy urządzeniami firm CISCO i FORE SYSTEMS.
 

W ramach współpracy z firmą Fore Systems AMSK uczestniczy w programie Fore Thought development program, którego zadaniem jest rozwój technologii ATM i produktów Fore System.

Laboratorium w Akademickim Centrum Informatyki stworzone na bazie tego programu opiera się na następujących produktach sieciowych:

Oprogramowanie ForeThought jest produktem tworzącym inteligentną infrastrukturę zbudowaną z produktów sieciowych firmy FORE SYSTEMS. Platforma powstała z połączenia ww. oprogramowanie i urządzeń sieciowych realizuje następujące zadania : LE 155 jest switchem do sieci LAN. Posiada szynę o przepustowości 2,5 Gbps i możliwość podłączenia do 12 serwerów i stacji roboczych poprzez UTP z szybkością transmisji 155 Mbps, posiada zaimplementowane zarządzanie ruchem w sieci poprzez : SmartBuffers, Per-VC queing , algorytm leacky bucket, ABR, CBR, VBR. Każdy komputer wyposażony jest w adapter PCI4402551 UTP. Szybkość transmisji z każdej stacji wynosi 155 Mbps.

Oprogramowanie ForeThought umożliwia współpracę sieci lokalnych poprzez siec ATM wykorzystując :

Wykorzystanie oprogramowania ForeThought niesie ze sobą możliwości wykorzystania zalet jakie technologia ATM oferuje: Specyfikacja określona przez ATM FORUM umożliwiająca współpracę switchów ATM. PNNI 1.0 zaimplementowane w ForeThought 5.0 pozwala na łączenie urządzeń różnych producentów sprzętu ATM z zaimplementowanym UNI, ale nie realizuje wymiany informacji pomiędzy urządzeniami różnych producentów. FORE zapewnia łatwą konfigurację, konfigurowalne filtrowanie adresów, skalowalność do dużych sieci, wykrywanie nowych linków i switchów, . Przy współpracy z sygnalizacją UNI i ILMI PNNI oferuje większość z usług infrastruktury ATM. Specyfikacja określona przez ATM FORUM opisująca interfejs do sieci ATM. DLE pozwala łączyć emulowane sieci lokalne. LAN Emulation 1.0 pracuje przy wykorzystaniu takich serwisów jak LES ( serwer LANE ) , LECS ( serwer konfiguracyjny LANe ) i BUS ( serwer rozgłoszeniowy ). DLE pozwala na przenoszenie usług jakie te serwisy oferują poprzez wiele sieci ATM. Pozwala to na zarządzanie rozkładem obciążeń ww. serwisów oraz odporność na ich uszkodzenia. Specyfikacja MPOA została określona przez ATM FORUM. Protokół MPOA zapewnia tłumaczenie adresów 3 warstwy sieciowej ( 3 Layer ) na adresy ATM. Pozwala to na bezpośrednią , z wyłączeniem routerów , komunikację urządzeń pracujących w trzeciej warstwie modelu OSI z wykorzystaniem sieci ATM ForeThought 5.0 daje stacjom końcowym wyposażonym w adaptery firmy FORE możliwość negocjowania jakości przesyłu danych ( QoS ) ze switchem ATM. Oznacza to , że jakość transmisji może być definiowana przez użytkownika dla aplikacji , które standardowo nie korzystają z tej usługi.

ForeThought zapewnia także :

Tak stworzone laboratorium pozwoli wykonywać prace badawcze z różnych dziedzin nauki:

Od sieciowych badań nad technologią ATM po multimedialną wizualizację obliczeń wykonywanych na KDM a prezentowaną na personalnych komputerach w laboratorium..

 
 

  Zarządzanie siecią komputerową, złożoną z wielu segmentów rzadko kiedy jest łatwym zadaniem. Ma ono na celu wykrywanie wszystkich zdarzeń występujących w sieci, monitorowanie dostępności komponentów, optymalizowanie ruchu i wykorzystania sieci. Zarządzanie opiera się zazwyczaj na graficznym odwzorowaniu sieci za pomocą specjalnego programu, zwanego konsolą zarządzania, uruchamianego na stacji zarządzającej. Programy tego typu korzystają zazwyczaj ze specjalnego protokołu sieciowego, skonstruowanego specjalnie z myślą o zarządzaniu sieciami, zwanego SNMP (Simple Network Menagement Protocol).

Do zarządzania AMSK wykorzystywany jest komputer SUN ULTRA I, wyposażony on jest w procesor Ultra-SPARC-I., który jest zgodny z architekturą SPARCTM. Procesor łączy w sobie wysoką szybkość z efektywnością cztero potokowego trybu pracy dla różnego typu aplikacji. Najważniejszą cechą procesora jest współpraca z Ultra Port Architecture (UPA), która umożliwia bardzo szybką komunikację i osiąganie przez pracujące aplikacje wysokiej wydajności.

Konfiguracja komputera:

 W Akademickim Centrum Informatyki rolę konsoli zarządzającej pełni produkt firmy SunSoft – Solstice Sun Net Manager v. 2.2.2. W celu zebrania informacji o sieci na części kluczowych komponentów zainstalowano specjalne oprogramowanie, zwane agentem. Agent umożliwia monitorowanie urządzenia, na którym pracuje, odpowiadanie na zapytania kierowane z konsoli i wysyłanie do konsoli alarmów spowodowanych błędami i innymi zdarzeniami zdefiniowanymi przez administratora. Pakiet Solstice Sun Net Manager może uzyskać użyteczne dane bez obecności agentów, niemniej jednak zainstalowanie agentów na wszystkich maszynach pozwala na uzyskiwanie obszerniejszych i bardziej szczegółowych informacji.

Do zarządzania siecią, Sun Net Manager wykorzystuje SNMP oraz uniwersalny protokół RPC (Remonte Procedure Call). Program umożliwia odwzorowanie rzeczywistej struktury sieci na ekranie monitora. Odwzorowanie to może odbywać się “ręcznie” lub za pomocą specjalnego narzędzia zwanego Discover’em. Narzędzie to przeszukuje sieć w celu odnalezienia wszystkich jej komponentów, jak również umożliwia ciągłe jej monitorowanie w celu odnalezienia nowo zainstalowanych komponentów.

Solstice Sun Net Manager daje dwie podstawowe funkcje zarządzania:

· zbieranie danych statystycznych - wykorzystanie zasobów dla późniejszych analiz i planowania wydajności sieci,

· aktywne monitorowanie problemów - niedostępność hosta, przeciążenie routera, itp.

W celu ciągłego monitorowania odwzorowanego obiektu lub agenta trzeba po prostu wybrać go myszą i podać rodzaj żądania. Bardzo przydatna jest również możliwość zdalnej zmiany konfiguracji lub parametrów węzła sieci. Nie odrywając się od konsoli możemy np. zmienić tablicę routingu na routerze, udostępnić lub zablokować interfejs czy też zmienić parametry łącza.

Zebrane przez SunNet Managera dane mogą być przeglądane za pomocą jednego z dwóch narzędzi: Browser Tool lub Grapher Tool. Browser Tool oferuje niegraficzną reprezentację wszystkich danych zebranych przez system. Grapher Tool, podobnie jak arkusz kalkulacyjny, wyświetla dane w dwu lub trójwymiarowych grafach. W tym formacie statystyczne trendy są łatwo identyfikowalne. Kolejne grafy mogą być wyświetlone obok siebie w celu łatwiejszego porównania obiektów sieci.

Szczecińska sieć jest stale monitorowana za pomocą programu Solstice SunNet Manager. Elastyczne funkcje odwzorowania, wbudowane monitorowanie i usługi statystyczne oraz możliwości sprawozdawcze czynią go narzędziem bardzo użytecznym i pożytecznym w pracach związanych z zarządzaniem Akademicką Miejską Siecią Komputerową w Szczecinie. Narzędziem pomocniczym w zadaniach związanych z zarządzaniem jest shareware’owy program Scotty. Program ten aczkolwiek bardzo prosty i niewielki, oferuje spore możliwości w zakresie monitorowania sieci, zbierania doraźnych informacji o jej węzłach oraz podobnie jak SunNet Manager umożliwia jej graficzne odwzorowanie. Wykorzystuje protokół SNMP i RPC oraz korzysta z usług agentów zainstalowanych na peryferiach sieci. Wykorzystanie programu Scotty sprowadza się do prostych zadań, takich jak sprawdzanie dostępności elementu lub odczytanie pojedynczych danych, których ciągłe monitorowanie nie jest potrzebne.
 

  5. KDM   W Szczecińskiej AMSK uruchomiony został Komputer Dużej Mocy oparty o system wieloprocesorowy Power Challenge XL. KDM podłączony jest do AMSK poprzez łącze ATM.

Adres internetowy: dedal.man.szczecin.pl (194.92.39.62)

Obecnie KDM pracuje jako serwer obliczeniowy i serwer DNS. W najbliższej przyszłości serwer DNS zostanie przeniesiony na inny host.

Systemy Power Challenge zbudowane są w oparciu o 64 - bitowy, superskalarny procesor strumieniowy R8000 o mocy obliczeniowej porównywalnej z superkomputerem CRAY Y - MP. Szczytowa moc obliczeniowa komputera Power Challenge w pełnej konfiguracji wynosi 5,4 GFLOPS. Wysoka moc obliczeniowa osiągnięta jest przez zastosowanie procesorów R8000, szybkiego i elastycznego systemu pamięci z przeplotem połączonego z układem procesorów szyną systemową o pojemności 1,2 GB/s, hierarchicznego systemu pamięci podręcznych i szerokopasmowego systemu wejścia / wyjścia.

System superkomputerowy Power Challenge jest binarnie kompatybilny z całą rodziną stacji roboczych oferowanych przez Silicon Graphics ( INDY, Indygo, Indygo 2, Crimson, Onyx ),

Konfiguracja systemu Power Challenge XL działającego w AMSK Szczecin

Oprogramowanie zainstalowane i wykorzystywane na KDM’ie: Zadaniem serwera obliczeniowego jest przetwarzanie danych masowych oraz świadczenie usług typowo obliczeniowych przy ograniczeniu funkcji sieciowych. Z usług serwera mogą korzystać pracownicy placówek naukowych Szczecina. Niektóre z obecnie prowadzonych prac badawczych to:
  1. A. Miklewski (Akademia Rolnicza) – Integracja ORACLE z pakietem GIS Arc/Info. Udostępnienie bazy danych w Internecie.
  2. Sz. Kamasa (Instytut Informatyki – Politechnika Szczecińska) – Symulacja pakietów makroekonomicznych wykorzystując pakiet MPI.
  3. R. Mantiuk (Instytut Informatyki – Politechnika Szczecińska) – Zaawansowane metody renderingu obrazów graficznych.
  4. G. Hołowiński (Instytut Informatyki – Politechnika Szczecińska) – Symulacje sieci neutronowych – funkcje wielowartościowe.
  5. ACI – Tworzenie pakietów oprogramowania graficznego wykorzystując narzędzia systemowe IRIX’a.
  6. B. Dawidowski (Akademia Rolnicza) – Badania fizyko-mechanicznych własności gleb.
  7. W. Torbacki (Politechnika Szczecińska) – Numeryczna analiza elementów belkowych i płytowych na podłożu sprężystym – Nastran.
  8. K. Gawrylczyk (Politechnika Szczecińska) – Obliczanie pól elektromagnetycznych – Nastran.
  9. P. Borek (Instytut Informatyki – Politechnika Szczecińska) – Zagadnienia oprogramowania równoległego –Kompilatory Power C i Power Fortran.
  10. K. Kobus (Instytut Informatyki – Politechnika Szczecińska) - Synteza obrazów.
  11. M. Liersz (Instytut Informatyki – Politechnika Szczecińska) – Interpolacja dwuwymiarowa – C++, Case Vision, Open Inventor.
  12. M. Gramz – (Politechnika Szczecińska – Politechnika Szczecińska) – Elementy skończone i brzegowe – Nastran.
  13. R. Drążkowski (Instytut Informatyki – Politechnika Szczecińska) – Programowanie rozproszone, obliczenia makroekonomiczne – PVM.
  14. Matecki (Politechnika Szczecińska) – Zastosowanie szybkiej transformaty Fouriera do kompresji sygnału audio w czasie rzeczywistym.
  15. K. Franckowski (Uniwersytet Szczeciński) – Synteza i przetwarzanie obrazu.
  16. K. Grzybowski (Politechnika Szczecińska) – Komunikacja międzyprocesowa przy użyciu pamięci dzielonej.
  17. B. Bojanowski (Instytut Fizyki – Uniwersytet Szczeciński) – Symulacja wielu EPR – fortran, c, simlab.
  18. Jazurkiewicz (Politechnika Szczecińska) – Analiza numeryczna konstrukcji okrętowych – Nastran.
  19. Grzegrzółka (Pomorska Akademia Medyczna) – Analiza obrazu w mikroskopii medycznej – kompilatory.
  20. J. Foster (Pomorska Akademia Medyczna) – Pattern recognition in radiograms imaging, MRI image recognition.
  21. J. Budziński (Instytut Fizyki – Uniwersytet Szczeciński) - Elementy macierzowe dwuelementowych molekuł w bazie funkcji skorelowanych - NAG, fortran.
  22. S. Bańka (Politechnika Szczecińska) – Projektowanie i symulacje adaptacyjnych układów wielozadaniowych.

 Wyslij poczte do mnie           [Powrót] [Strona główna]