Cisco

Организация Интернета

Интернет это:

• публичная сеть;

• сеть операторов связи, предоставляющая публичные услуги, как информационные, так и транспортные;

• сеть с коммутацией пакетов;

• сеть, состоящая из магистральных сетей, сетей агрегирования трафика и сетей доступа.

Интернет представляет собой уникальную глобальную компьютерную сеть, потому как большинство компьютерных сетей так и отдельных компьютеров являются частью этой сети, сеть изначально примечательна тем что ее ни кто не планировал и не контролировал. На сегодняшний день краеугольным основанием сети являктся протокол IP, протокол определяющий единую идентификацию учасников сети, протокол IP является обязательным и единственным протоколом сетевого уровня, объединяющим все сети в Интернет, интернет можно назвать IP сетью. Однако система IP-адресов является не единственной, которая используется для идентификации подключенного к Интернету устройства, в дополнение к ней существует система доменных имен DNS, распределенная база данных по сопоставлению IP-адресов с символьными которые являются такими же уникальными структурами как и IP-адреса поскольку ни одно доменное имя в сети как и IP-адрес не может повторяться.

В общем эта чудо сеть, не имеющая единого центра управления  в то же время работает по единым правилам и предоставляет всем своим пользователям единый набор услуг и хотя  некоторые центральные органы неизбежно существуют (ICANN, RIR, IANA), но они отвечают только за единую техни­ческую политику , за согласованный набор технических стандартов, за централизованное назначение таких жизненно важных для  составной сети параметров, как имена и адреса компьютеров и входящих в Интернет сетей, но не за ежедневное поддержание сети в работоспособном состоянии. Такая высокая степень децентрализации имеет свои достоинства и недостатки. Достоинства заключаются,  в легкости наращивания Интернета, новому поставщику услуг достаточно заключить соглашение по крайней мере с одним из существу­ющих провайдеров, после чего пользователи нового провайдера получают доступ ко всем ресурсам Интернета. Негативные последствия децентрализации заключаются в сложности модернизации технологий и услуг Интернета, поскольку любые коренные изменения требуют согла­сованных усилий всех провайдеров услуг, и в случае "единого собственника" они естественно проходили бы намного легче.

Физически, все коммуникационные системы на которых построена сеть Интернет, представляют собой совокупность хабов (точек обмена трафиком - Internet eXchange Point) и магистралей – линий связи, обеспечивающих соединение этих хабов, магистрали или другое название "опорные сети" (Internet backbone), контролируются коммерческими, государственными, научными и другими административными центрами, как и точками обмена трафиком - Internet eXchange Point, можно выделит порядка семи eXchange Point - хабов связанных магистральными каналами формирующими "скелет" сети, в списке крупнейших точек обмена трафиком в мире лидируют: 

DE-CIX  — Франкфурт (пиковая пропускная способность 5178 Гбит/с) на 2016 год, на 2022 93.1 Тбит/с; 

AMS-IX  — Амстердам (пиковая пропускная способность 4270 Гбит/с ) на 2016 год, на 2022  10.985 Тбит/с;

MSK-IX  — Россия (пиковая пропускная способность 2135 Гбит/с) на 2016 год, на 2022 более 5.1 Тбит/с; 

Совокупная пропускная всех международных каналов связи составляет 786 Тбит/с (на 2021 год). Существует так же понятие "точка присутствия" (POP  Point of presence) — место расположения оборудования оператора связи, к которому возможно подключение клиентов. Обычно это узел связи или датацентр, (Internet eXchange Point и POP  Point of presence  часто совмещаются), это точка где определяются услуги и их стоимость установленные провайдером, территориальное расположение точек присутствия различных провайдеров имеет коррелированные значение, со стоимостью и техническими характеристики их услуг по скольку следует учитывать построение или аренду, и эксплуатацию канала связи от точки присутствия до оборудования клиента (то что называется  "последняя миля"). (https://habr.com/ru) 

Точки обмена используют так же такое понятие как AS автономная система которой присваивается уникальный номе ASNs на языке владельцев eXchange Point это система IP-сетей и маршрутизаторов, управляемых одним или несколькими операторами, имеющими единую политику маршрутизации с Интернетом, проше говоря это организации или компании которые используют сервисы этой точки обмена, обычно их количество как и емкость канала (capacity) показывают на заглавной странице сайта точки обмены и например ASNs DE-CIX — Франкфурт составляет 2504 на январь 2022 г..

Интернет-провайдеры или коммуникационные компании, которые предоставляют доступ абонента в глобальную сеть Интернет, в целом можно разделить на:

— Магистральные провайдеры услуг это верхний уровень иерархии операторов связи они являются аналогами транснациональных операто­ров связи , еще одно название — Tier1-операторы. Они обладают собственными транспортными магистралями, покрывающи­ми крупные регионы (страна, континент, весь земной шар). Именно эти организации владеют системами и оборудованием, обеспечивающим связь. Именно они заняты поддержанием устройств в рабочем состоянии. Именно их усилиями Интернет функционирует круглые сутки, семь дней в неделю. Магистральные операторы связи в России общеизвесны это: «Ростелеком» протяжонность сети 500 т.км, МТС протяженность сети 243 т.км, ВымпелКом протяженность сети 183 т.км, Мегафон протяженность сети 136 т.км, ..и другие.  Магистральные сети связи в России делятся на два сегмента: сегмент международной канальной ёмкости в направлении «Москва — Санкт-Петербург — Хельсинки — Стокгольм»; и сегмент внутрироссийских каналов. За пределами России выделяют четыре крупных частных провайдера сетевой связи на дальние расстояния как-то: UUNetruen, AT&T, Telia Company и Level 3 Communications.

— Региональные провайдеры услуг оказывают услуги Интернета в рамках определенного региона (в зависимости от принятого в той или иной стране административного деления), это следующий уровень – уровень владельцев хабов, точек доступа, а также крупных, часто межгосударственных сетей связи. Обычно это национальные телекоммуникационные операторы. Такие компании могут иметь в своей собственности и магистральные линии. Они обеспечивают обмен трафиком в мировом масштабе, оплачивая транзит данных через сегменты принадлежащие операторам первого уровня.

— Локальные провайдеры услуг работают, как правило, в пределах одного города, это все прочие "задроты" доводящие услуги до конечного абонента и от которых зачастую и завист качество и стоимость этих услуг связи (их много и в любой момент может стать еще больше ). Деление провайдеров и привязка их к определенным уровням весьма относительна, поскольку например магистральные провайдеры "Ростелеком" у нас и "AT&T" в США по факту являются магистральными, региональными и локальными.

И еще раз про Internet Exchange Point, IX, IXP — сетевая инфраструктура, предназначенная для оперативной организации соединений и межоператорского обмена IP-трафиком (пиринга) между независимыми сетями в Интернете. Участниками обмена трафиком являются организации, управляющие независимыми(автономными) сетями. Подключение к точке обмена интернет-трафиком - IX, позволяет устанавливать пиринговое взаимодействие, является средством реализации пиринговых связей между участниками с меньшими затратами и большей оперативностью при организации попарных физических стыков. Эффективность  IX увеличивается с ростом числа подключенных участников.

Крупнейшей сетью для обмена трафиком в России является MSK-IX в Москве. Сеть принадлежит АО «Центр взаимодействия компьютерных сетей „МСК-IX“» (АО «ЦВКС „МСК-IX“»). На февраль 2022 года к ней подключено 800 организаций более 5.1 Тбит/с, суммарный трафик.

DATAIX — сеть обмена трафиком между операторами связи и контент-генераторами России, стран Европы и Азии. По данным Internet Exchange Report от Hurricane Electric Internet Services, DATAIX является одной из самых крупных точек обмена трафиком в мире. Пиковая нагрузка сети превышает 4,1 Тбит/сек. Штаб-квартира компании расположена в Санкт-Петербурге. DATAIX запустилась в Санкт-Петербурге в 2009 году. Первая точка обмена трафиком разместилась в Центре обмена информацией,  расположенном в здании Университета промышленных технологий и дизайна - Большая Морская 18.  Центр обмена предоставляет поставщикам услуг помещение и стойки для установки коммутационного оборудования. Все физические и логические соединения между своим оборудованием провайдеры услуг выполняют самостоятельно. Это означает, что не все сети провайдеров, которые пользуются услугами того или иного центра обмена данными, автоматически обмениваются трафиком друг с другом, обмен происходит между сетями только в том слу­чае, когда между провайдерами заключено пиринговое соглашение и они его реализовали в данном центре обмена.

Автономной системой (Autonomous System — AS) называется сеть или группа сетей, находящихся под единым административным контролем, как, например, домен Cisco.com. Автономная система состоит из маршрутизаторов, которые для внешнего мира (т.е. для других сетей) выглядят как единая сеть. Агентство по выделению имен и уникальных параметров протоколов Internet (Internt Assigned Numbers Authority — IANA) выделяет номера автономных систем региональным регистраторам. Таким регистратором для Америки, стран Карибского бассейна и Африки является организация ARIN (American Registry for Internet Numbers  Американский регистратор номеров сети Internet, адрес  hostmaster@arin.net), для Европы 

RIPENCC2 (Reseaux IP Europeens Network Coordination Centre  сетевой координационный центр RIPE, адрес  ncc@ripe.net), для стран Азиатскотихоокеанского региона  APNIC (Asia Pacific Network Information Centre  сетевой информационный центр азиатскотихоокеанского региона, адрес  admin@apnic.net). Такие автономные системы описываются шестнадцатибитовым номером. При настройке таких протоколов маршрутизации, как BGP, требуется указать назначенный уникальный номер автономной системы.

На канальном уровне существуют протоколы MPLS, Carrier Ethernet, и РРР.  

Carrier Ethernet — операторский Ethernet является версией Ethernet для сетей операторов связи, эта технология со­храняет все свойства коммутируемого варианта Ethernet, добавляя к ним некоторые допол­нительные функции, полезные для мониторинга качества соединений в глобальной сети. 

MPLS (multiprotocol label switching — многопротокольная коммутация по меткам) — механизм в высокопроизводительной телекоммуникационной сети, осуществляющий передачу данных от одного узла сети к другому с помощью меток, пример виртуализации потоков данных.

PPP (Point-to-Point Protocol) — двухточечный протокол канального уровня модели OSI. Используется для установления прямой связи между двумя узлами сети,  с поддержкой аутентификации и шифрования. 

Одна и та же задача может решаться разными слоями: например, услуга VPN может предоставляться с помощью сетевого и канального уровней. Функциональность услуги в общем случае зависит от того, с помощью какого уровня она предоставляется. Поэтому у оператора связи имеется возможность выбирать на каждом уровне из имеюще­гося набора однотипных протоколов какой-то один протокол, наиболее подходящий для решения его задач. Полученная в результате комбинация определяет специфический стек протоколов данной сети, например: IP-MPLS-OTN-DWDM или IP-PPP-SDH-DW DM .

Особенностью глобальных сетей является сложная структура физического уровня. Если в локальных сетях на физическом уровне используются только кабели (в подавляющем большинстве), то в глобальных сетях для создания канала между двумя коммутаторами или маршрутизаторами, как правило, при­меняются устройства первичных сетей, такие как мультиплексоры или кросс-коннекторы сетей: PDH, SDH, OTN или DWDM, на рисунке они представляются тремя нижними уровнями. Изначально  первичные сети создавались как вспомогательные и предназначались только для внутренних це­лей операторов связи в качестве гибкого средства соединения телефонных коммутаторов, то есть для создания каналов между их собственными коммутаторами, изначально телефонными, а потом и пакетными, цифровыми. Позже для них как и для всего в этом мире нашли комерческое применение, с ростом популярности компьютерных сетей технологии первичных сетей стали применяться для предоставления транспортных услуг конечным пользователям. Выделяют три типа услуг, которые предоставляются операторами связи с по­мощью первичных, трех нижних слоев сети:

• Услуга выделенных оптических волокон. Обычно эту услугу один оператор, обладаю­щий развитой кабельной инфраструктурой со свободными оптическими кабелями или волокнами, оказывает другому оператору, который затем строит на этих волокнах собственную первичную сеть, соединяя с помощью волокон мультиплексоры DWDM/OTN или SDH. Волокна, сдаваемые в аренду, часто называют темными волокнами (dark fibre), так как они не подключены к оборудованию передачи данных и не «подсвечены» лазерными передатчиками.

• Услуга выделенных волновых каналов. Потребителями этой услуги могут быть как операторы связи, так и корпоративные пользователи. Обычно такая услуга предостав­ляется в формате кадров OTN или SDH высшего уровня иерархии скорости, который в настоящее время для обеих технологий равен 100 Гбит/с. Пользователь может задей­ствовать волновой канал для построения собственной первичной сети, соединяя таким образом свои мультиплексоры OTN или SDH, а может непосредственно соединить IP-маршрутизаторы, имеющие соответствующие интерфейсы (OTN или SDH). Обыч­но IP-маршрутизаторы обладают так называемыми серыми интерфейсами SDH или OTN; это означает, что они работают с неокрашенными волнами, соответствующими центру окна прозрачности, например с волной 1310 нм. Для того чтобы использовать определенную волну DWDM, которая отличается от «серой» волны, например волну 1528,77 нм, необходим транспондер — устройство преобразования длин волн. Транс­пондер является частью мультиплексора DWDM, принимающего «серую» волну от маршрутизатора и преобразующего ее в волну нужного цвета для дальнейшей переда­чи по сети DWDM. Новой тенденцией являются маршрутизаторы с «окрашенными» интерфейсами, то есть с интерфейсами, которые смогут настраиваться на генерацию определенной волны из сетки частот DWDM, в этом случае транспондеры  мультиплек­соров DWDM не нужны.

• Услуга выделенного соединения по протоколу OTN, SDH или PDH. Это наиболее тра­диционная услуга оператора связи; она была очень востребована в 1980-1990 годы корпоративными клиентами, которые, соединяя выделенными каналами свои IP- маршуртизаторы, строили собственную корпоративную компьютерную сеть. Со време­нем услуги выделенных каналов для построения корпоративной сети стали вытесняться более дешевыми и гибкими услугами глобальных сетей с коммутацией пакетов (frame relay, ATM, M PLS) и Интернета. Операторы IP-сетей, не имеющие своей инфраструк­туры физических каналов связи, по-прежнему пользуются этими услугами, покупая их у операторов связи.