Laboratorium sieciowe o profilu naukowo-badawczym
Opis laboratorium
Laboratorium badawczo-naukowe wykorzystywane jest do realizacji prac w ramach projektów i badań naukowych prowadzonych przez pracowników Instytutu, a przede wszystkim jako zdalne laboratorium, do którego łączą się studenci podczas zajęć i poza nimi na potrzeby prac kół naukowych oraz prac dyplomowych. Zgromadzono w nim kilkadziesiąt różnorodnych sieciowych urządzeń, w tym kilka wysoce specjalizowanych ruterów, platform deweloperskich i urządzeń pomiarowych o bardzo zaawansowanej funkcjonalności. Z uwagi na małe wymiary pomieszczenia i jego charakter, praca na urządzeniach znajdujących się w tym laboratorium jest bardzo często realizowana z wykorzystaniem zdalnego dostępu. Pozwala to na efektywne współdzielenie zasobów, a także umożliwia korzystanie z laboratorium poza typowymi godzinami pracy. Obok bardzo bogatego zestawu urządzeń sieciowych, równie ważną cechą tego laboratorium jest bezpośrednie połączenie światłowodowe z węzłem optycznej sieci PIONIER (obsługiwanym przez Poznańskie Centrum Superkomputerowo Sieciowe), co umożliwia zestawianie bardzo wydajnych połączeń z innymi podobnymi laboratoriami badawczo naukowymi w Europie i na całym świecie i prowadzenie wspólnych eksperymentów wymagających dużych zasobów. Laboratorium posiada również światłowodowy dostęp do sieci wielopolskiego dostawcy Internetu – firmy Inea. Oba łącza mają przepustowość 1Gbps, ale warunki techniczne pozwalają podnieść ją do 10Gbps, co planujemy uczynić w najbliższym czasie. Laboratorium jest połączone bezpośrednim linkiem logicznym L2 o przepustowości 10Gbps z laboratoriami w głównym budynku Instytutu na Polance, co pozwala na efektywne wykorzystanie jego zasobów podczas zajęć ze studentami.
Z uwagi na głównie zdalny charakter pracy w tym laboratorium, jego topologia połączeń fizycznych jest względnie stała, lecz logicznie możliwa do modyfikacji (poprzez odpowiedni przydział VLANów). Wszystkie urządzenia są zdalnie dostępne w kilku sieciach IP. Główne elementy wyposażenia laboratorium są następujące.
- Ruter Juniper MX 240 3D – jest to bardzo duży, modularnych ruter IP, z uwagi na zainstalowane moduły wykorzystujący głównie technikę Ethernetu, model z laboratorium jest wyposażony w 20 portów SPF o przepustowości 1Gbps oraz 2 porty o przepustowości 10Gbps. Rutery takie przeznaczone są do tworzenia szkieletu średnich i dużych sieci operatorskich, umożliwiają realizację wielu usług (w tym VPN, VPLS itp.), obsługują większość wykorzystywanych protokołów routingu (OSPF, BGP, IS-IS), działają zarówno w IPv4 jaki i IPv6. Całkowita przepustowość tego modelu to 240Gbps, ruter posiada wiele rozwiązań własnościowych (modułu wewnętrznej wirtualizacji, skryptowy sposób zarządzania) oraz duże możliwości konfiguracji parametrów pracy. Jedną z jego głównych cech jest wysoce zaawansowana wirtualizacja, jest ona często wykorzystywana podczas eksperymentów, badań projektowych i naukowych oraz w procesie dydaktycznym, gdzie każdy ze studentów podczas zajęć otrzymuje zdalny dostęp do całego urządzenia oraz jednej, dedykowanej dla niego wewnętrznej maszyny wirtualnej, a z odpowiednio skonfigurowanych zasobów budowana jest wspólna sieć, na której demonstrowane i analizowane są różne mechanizmy.
- 2 rutery Alcatel-Lucent SR1-7750 – są to przedstawiciele bardzo popularnej i szeroko wykorzystywanej przez operatorów linii ruterów usługowych. Z ich wykorzystaniem badane są konfiguracje i wydajność mechanizmów współczesnych oraz prototypowych komputerowych sieci LAN/MAN/WAN. Posiadane egzemplarze wyposażone są w moduły z 10 portami SFP-1Gbps każdy. Są one włączone w sieć i są wykorzystywane zdalnie jako węzły sieci w procesie dydaktycznym.
- 4 rutery firmy CISCO serii C2800 i 4 przełączniki firmy CISCO serii C2960/3560 – rutery i przełączniki te są przykładem bardzo popularnej rodziny, są szeroko wykorzystywane w różnego rodzaju sieciach. Z uwagi na popularność stanowią dobry punkt odniesienia dla badanych i opracowywanych rozwiązań. Z ich pomocą można demonstrować studentom nawet funkcjonalnie bardzo rozbudowane konfiguracje wykorzystujące różne techniki optymalizacji konfiguracji i wydajności oraz rozmaite mechanizmy wirtualizacji (sieci VLAN, VPN, VRF).
- 3 serwery wirtualizacyjne firmy HP – są to wysokowydajne serwery obliczeniowe, każdy z nich posiada 2 sześciordzeniowe procesory Xeon firmy Intel, 96 lub 144 GB pamięci RAM, 1 TB pamięci wewnętrznej, 6 portów ethernetowych o przepustowości 1 Gbps każdy. Taki zestaw parametrów sprawia, że serwery posiadają duże możliwości obliczeniowe i są wykorzystywane w rozbudowanych eksperymentach (głównie symulacyjnych). Na każdym z serwerów funkcjonuje jednocześnie kilkanaście lub kilkadziesiąt maszyn wirtualnych, (np. wirtualne rutery Cisco CSR100, wirtualne systemy Linux) - stanowią one podstawę laboratoriów realizowanych zdalnie dla studentów. Wykorzystanie wirtualnych maszyn ułatwia zarządzanie przebiegiem zajęć oraz utrzymaniem sieci dydaktycznej począwszy od etapu jej przygotowania do zajęć, nadzoru podczas zajęć oraz zwalnianiu zasobów po zakończeniu zajęć. 2 procesory sieciowe NP3 – EzAppliance – urządzenia te to profesjonalnie wykonana przykładowa aplikacja procesora sieciowego. Każde z nich posiada 24 porty Ethernet-owe o przepustowości 1Gbps. Procesory takie są programowane z wykorzystaniem specjalistycznego środowiska oraz języka programowania opracowanego specjalnie dla tych procesorów. Ich głównym przeznaczeniem jest implementacja prototypowych protokołów i rozwiązań sieciowych, dzięki rozbudowanej funkcjonalności kontroli przetwarzania danych na wielu poziomach stanowią idealne narzędzie do badań naukowych.
- Analizator sieciowy Spirent Test Center – generator i analizator ruchu sieci IP/Ethernet o bardzo dużej i rozbudowanej funkcjonalności w zakresie akwizycji i analizy danych. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu oferuje możliwość testowania praktycznie wszystkich znanych protokołów sieciowych oraz pomiaru różnorodnych parametrów ruchu, w tym realnej osiąganej przepustowości oraz opóźnienia obliczanego na podstawie wskazań zegara GPS. Analizator ma również możliwość generowania testowego ruchu sieciowego o precyzyjne zadanych parametrach. Urządzenie jest wyposażone w 4 porty ethernetowe o przepustowości 1Gbps każdy. Warto dodać, że z uwagi na światowe uznanie producenta, urządzenie to stanowi niepodważalny punkt odniesienia w prowadzonych eksperymentach sieciowych, a pomiary nim wykonywane nie budzą wątpliwości. Urządzenie stanowi komplementarny sposób realizacji pomiarów w sieci, w stosunku do programowego, który również studenci poznają podczas zajęć.
- 2 przełączniki Juniper EX 3200 (4 szt) oraz EX4200 (2szt) – Są to przełączniki L2/L3 pracujące w warstwie dystrybucji, w naszym laboratorium, ze względu na ich wzorcową wydajność (każdy ma po 48 lub 24 porty o przepustowości 1Gpbs i nieblokowalną matrycę komutacyjną oraz porty uplinkowe 10Gbps i porty statkujące), a przede wszystkim bardzo szeroką funkcjonalność, stanowią podstawę konfiguracji laboratorium. Do nich podłączone jest większość urządzeń w laboratorium, stanowią one elastyczną bazę, która umożliwia dynamiczne (w tym zdalnie wywoływane) zmiany topologii laboratorium. Na nich również odbywają wybrane ćwiczenia laboratoryjne (głównie związane z konfiguracją urządzeń Juniper oraz programowalnością sieci).
- Karty NetFPGA – w tym laboratorium znajduje się również sieć węzłów zbudowanych z kart NetFPGA. Są to programowalne karty sieciowe, ich główne układy to układy FPGA, których funkcjonalność jest w pełni programowalna w języku opisu sprzętu - Verilog. W naszym laboratorium posiadamy 12 kart z interfejsami 1Gbps oraz 5 kart z interfejsami 10Gbps. Karty są umieszczone w komputerach PC, wraz z nimi stanowią bardzo elastyczną platformę badawczą, która umożliwia uruchamianie i badanie dowolnych mechanizmów. Bardzo ważną cechą kart NetFPGA jest możliwość w pełni sprzętowej implementacji badanych mechanizmów, czyli przetwarzanie danych może odbywać się wyłącznie w układzie FPGA, bez udziału procesora i systemu operacyjnego komputera. Umożliwia to osiągnięcie bardzo dużej i stabilnej wydajności przetwarzania danych.
Karty NetFPGA stanowią bardzo elastyczną bazę badawczą i dydaktyczną. Na jej podstawie rozwijana jest współpraca z twórcami tych kart (grupa naukowców inżynierów z University of Cambridge oraz Stanford University) i ze środowiskiem użytkowników. Jako efekt współpracy, w 2013 roku firma Xilinx podarowała Politechnice 5 kart NetFPGA 10Gbps, dzięki temu wspólnie z grupą instruktorów z University of Cambridge, mogliśmy przeprowadzić na Politechnice pięciodniowe warsztaty dla naszych studentów oraz gości z całego świata (więcej o warsztatach na stronie netfpga.pl).
Ponadto w laboratorium znajdują się typowe urządzenia umożliwiające jego sprawne funkcjonowanie: komputery PC, zasilacze UPS, serwery terminali oraz pomniejsze urządzenia sieciowe i pomiarowe.
W oparciu o zasoby tego laboratorium przeprowadzane są również liczne eksperymenty naukowe i techniczne, testowanie rozmaitych konfiguracji pod kątem współpracy protokołów, oprogramowania i urządzeń różnych producentów, badanie wydajności, a także analiza rozwiązań prototypowych. Prowadzone są głównie prace o charakterze dydaktycznym na potrzeby studentów kierunku EiT– sprzęt jest wykorzystywany do realizacji wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych (szczególnie na specjalności Sieci Komputerowe i Technologie Internetowe), wiele urządzeń z tego laboratorium jest wykorzystywanych do przeprowadzania badań i eksperymentów w ramach prac inżynierskich i magisterskich.
Opiekun: dr inż. Marek Michalski