		MPEG-1 (NTSC)	352 пикс/лин * 288 лин/к * 12 бит/пикс * 30 к/с	30,4 Мбит/с	1,15-3 Мбит/с
Развлекатель- ное видео	VCR	CIF (MPEG-2)	352 пикс/лин * 288 лин/к * 12 бит/пикс * 30 к/с	30,4 Мбит/с	4 Мбит/с
	Широко- вещатель- ное ТВ	MPEG-2 (PAL)	720 пикс/лин * 576 лин/к * 12 бит/пикс * 25 к/с	124,4 Мбит/с	15 Мбит/с
	Широко- вещатель- ное ТВ	MPEG-2 (NTSC)	720 пикс/лин * 576 лин/к * 12 бит/пикс * 25 к/с	124,4 Мбит/с	15 Мбит/с
	ТВ высокого разреше-ния	HDTV	1920 пикс/лин * 1080 лин/к * 16 бит/пикс * 30 к/с	994,3 Мбит/с	135 Мбит/с
	ТВ высокого разреше-ния	MPEG-3	1920 пикс/лин * 1080 лин/к * 12 бит/пикс * 30 к/с	745,8 Мбит/с	20-40 Мбит/с

Передача всех 5-ти видов сообщений реализуется посредством различных служб телекоммуникаций. Под службой телекоммуникаций следует понимать организационно-техническую структуру на базе сети (или совокупности сетей) телекоммуникаций, позволяющую пользователям получать от оператора связи определённый набор услуг телекоммуникаций.

Существуют следующие службы телекоммуникаций (рисунок 1.3)

Рисунок 1.3 - Виды служб телекоммуникаций

Согласно Рекомендациям МСТ I.211 и в зависимости от способов связи между терминальным оборудованием и в соответствии с возможными приложениями, все службы делятся на интерактивные и распределительные, каждая из которых, в свою очередь, включает несколько классов служб (таблица 1.2)

Таблица 1.2

Классификация служб

Службы

Интерактивные

Распределительные

Диалоговые

Обмена сообщениями

Информационного поиска (по запросу)

Без индивидуального управления со стороны пользователя

С индивидуальным управлением со стороны пользователя

Характеристики диалоговых служб представлены в таблице 1.3

Таблица 1.3

Диалоговые службы

Тип информации	Примеры служб	Применение
Движущееся изображение и звук	Видеотелефония	Передача на расстояние между двумя абонентами голоса (звука), движущегося изображения, а также неподвижных изображений (рисунков) и документов
	Широкополосная видеоконференцсвязь	Передача на расстояние между группой абонентов голоса (звука), движущегося изображения, а также видеосканирования неподвижных изображений и документов. Обучение. Деловые конференции. Реклама
	Видеонаблюдение	Охрана зданий и помещений. Контроль движения
	Службы передачи видео и аудио информации	Передача ТВ сигналов. Видео/аудио диалог. Обеспечение обмена информацией
Звук	Многопрограммная передача звука	Синхронный перевод. Многопрограммная передача
Данные	Высокоскоростная передача цифровой информации	Высокоскоростная ПД между: - ЛВС; - городскими ВС; - ЭВМ. Передача видеоинформации. Перенос других видов информации. Перенос неподвижных изображений. Организация распределительных вычислений
	Высокоскоростные телесигнализация и телеконтроль	Контроль в реальном масштабе времени. Телеметрия. Система тревог
Документы	Высокоскоростной телефакс	Обмен между абонентами текстовыми и графическими документами, рисунками, чертежами и т. д.
	Обмен высококачественными изображениями	Профессиональные рисунки. Рентгеновские снимки и другие медицинские снимки. Игры
	Обмен документами	Обмен различными документами между пользователями

Диалоговые службы, как правило, предоставляют услуги для передачи информации практически в реальном масштабе времени между пользователями или пользователем ЭВМ. При этом поток информации может направляться в обе стороны, быть симметричным или несимметричным. В качестве примеров диалоговых служб можно назвать телефонную службу, службу речевой и видеоконференцсвязи, службу ПД. Характеристики служб обмена сообщениями (с накоплением) приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Службы обмена сообщениями (с накоплением)

Тип информации	Примеры широкополосных служб	Возможные применения
Движущиеся изображения (видео) и звук	Почтовый ящик для видео (почта видео)	Электронный почтовый ящик для доставки движущихся изображений со звуковым сопровождением
Документы	Почтовый ящик для документов	Электронный почтовый ящик для различных документов

Службы обмена сообщениями (с накоплением) предназначены для непрямой связи между пользователями с помощью промежуточного хранения сообщений. Промежуточное хранение может производиться в центральных устройствах, которые автоматически направляют в сторону приемника сообщения в соответствии с заданными пользователем условиями (например, во время действия благоприятных тарифов). Сообщения также могут храниться в электронных почтовых ящиках, или в системах «обработки сообщений» с использованием функций редактирования, обработки и переработки. Примерами являются службы с накоплением и функциями обработки сообщений или электронные почтовые ящики для речи, текста, данных, чертежей, рисунков и т. п.

Характеристики служб информационного поиска (по запросу) даны в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Службы информационного поиска (по запросу)

Тип информации	Примеры широкополосных служб	Возможные применения
Текст, данные, графика, звук, подвижные и неподвижные изображения	Широкополосный видеотекс	Видеотекс, движущиеся изображения. Обучение, воспитание, тренаж. Реклама. Служба новостей
	Видео по запросу	Служба развлечений. Обучение и тренаж
	Высококачественное изображение по запросу	Служба развлечений. Обучение и тренаж. Передача профессиональных изображений (рисунков), рентгеновских и других медицинских снимков
	Документы по запросу	Получение по запросу из информационных центров, архивов и т. п. различных документов
	Данные по запросу	Получение по запросу различного рода программных продуктов

Службы информационного поиска (службы по запросу) дают возможность пользователю получать информацию из различных банков данных.

Повышение деловой активности, особенно в сферах коммерческой и финансовой деятельности, насыщенность рынка средствами вычислительной и оргтехники стимулировали развитие спроса на услуги ПД. Процессы демонополизации и развития различных форм собственности, открытость рынка услуг связи и рост спроса на услуги ПД вызвали интенсивное развитие сетей и служб ПД.

Современные прогнозы указывают на тенденцию превращения всех сетей телекоммуникаций в сети передачи данных, по которым будут передаваться любые виды информации (включая речь и видео), преобразованные в цифровые сигналы (передача данных в широком смысле).

Cетью передачи данных (сетью данных) называется совокупность узлов и каналов телекоммуникаций, специально созданная для организации связей между определенными точками с целью обеспечения передачи данных между ними.

Службой ПД называется служба телекоммуникаций, предоставляющая услуги передачи данных на базе одной или нескольких сетей передачи данных и (или) одной или нескольких других сетей телекоммуникаций.

Сети ПД не включают в себя ООД. Соответственно службы ПД не включают в себя функции ООД. Службы ПД образуют один из классов служб переноса, то есть служб телекоммуникаций, охватывающих функции сети телекоммуникаций, но не охватывающих функций абонентских терминалов (ООД).

К современным службам ПД общего пользования, которые обеспечиваются специализированными СПД, относятся:

- службы ПД с коммутацией пакетов по протоколу Х.25;

- службы ПД с ретрансляцией кадров (Frame Relay) по протоколу Х.36;

- службы ПД с коммутацией пакетов по протоколам семейства Internet Protocol (IP-протоколов версии 4 и версии 6);

- службы ПД с некоммутируемыми цифровыми каналами.

Обеспечиваются следующие услуги служб ПД:

- услуги служб передачи данных общего пользования с коммутацией пакетов (ПД–ОП с КП) по протоколу Х.25. Служба ПД–ОП с КП по протоколу Х.25 может иметь одновременно две услуги:

а) услугу виртуальных соединений (ВС);

б) услугу постоянных виртуальных каналов (ПВК);

- услуги служб передачи данных общего пользования (ПД–ОП) с ретрансляцией кадров (Frame Relay) по протоколу Х.36. Служба ПД–ОП с ретрансляцией кадров (Frame Relay) может иметь одновременно две услуги:

а) услугу постоянных виртуальных каналов (ПВК);

б) услугу коммутируемых виртуальных каналов (КВК);

- услуги служб передачи данных общего пользования с коммутацией пакетов (ПД–ОП с КП) по IP-протоколам. Служба ПД–ОП с КП по IP-протоколам является службой без установления виртуальных соединений (службой дейтаграмм);

- услуги служб ПД с некоммутируемыми цифровыми каналами.

СПД характеризуются большим разнообразием предъявляемых к ним требований: требований экономичности, топологии (структурным параметрам с учетом развития сети), вероятностно-временных характеристик процесса доставки (достоверности и скорости передачи, гарантированного времени и вероятности установления и поддержания соединения), живучести, надежности, информационной безопасности, управления сетью, технического обслуживания и ремонта.

Общеизвестно, что традиционное развитие СПД происходит по следующим стадиям:

- долгосрочное прогнозирование;

- краткосрочное прогнозирование;

- программа развития;

- план развития или генеральная схема;

- проектирование СПД в ходе научно-исследовательской работы;

- опытно-конструкторская работа (ОКР) на разработку новой техники;

- проектирование строительства новой или развития существующей СПД;

- проектирование отдельных объектов СПД.

При этом основные характеристики СПД включают:

- размер сети (количество узлов, количество пользователей);

- топология распространения узлов СПД по регионам;

- используемая сетевая технология и протоколы передачи данных;

- базовое сетевое оборудование;

- действующие в СПД службы и состав предоставляемых пользователям СПД услуг;

- система управления и администрирования сети;

- средства обеспечения информационной безопасности и защиты информации от несанкционированного доступа (НСД).

Используемые для передачи данных сети телекоммуникаций разделяются на следующие две группы:

- специализированные коммутируемые и некоммутируемые СПД, созданные специально для передачи данных;

- неспециализированные для передачи данных коммутируемые сети телекоммуникаций и некоммутируемые каналы.

Современные СПД отличаются по принципам коммутации. По терминологии МСТ-Т СПД подразделяются на СПД с коммутацией каналов, коммутацией пакетов, ретрансляцией кадров, коммутацией ячеек, а также с некоммутируемыми (арендованными) каналами.

Технологической основой служб ПД на современном этапе являются:

- СПД общего пользования (ОП) с КП по протоколу Х.25;

- СПД ОП с ретрансляцией кадров по протоколу Х.36;

- СПД ОП с коммутацией ячеек, построенные на базе технологии АТМ;

- СПД ОП с коммутацией пакетов по IP-протоколу.

СПД классифицируются по наиболее характерным функциональным, информационным и структурным признакам, охватывающим все основные особенности рассматриваемых сетей. К таким признакам относятся:

§ категория принадлежности пользователей (абонентов) сети;

§ способ организации;

§ способ коммутации;

§ тип каналов передачи данных;

§ размер сети;

§ скорость передачи информации в сети;

§ структура сети;

§ способ управления.

По категории принадлежности пользователей (абонентов) сети ПД подразделяются на:

· ведомственные СПД;

· сети передачи данных общего пользования (далее – СПД ОП).

СПД ОП предназначены для обслуживания широкого круга пользователей, населения, предприятий и учреждений различных ведомств. Ведомственные СПД предназначены для обслуживания строго ограниченного круга пользователей. Такие сети создаются министерствами, ведомствами, организациями или предприятиями.

По способам организации различают сети:

· специализированные;

· неспециализированные.

Специализированные сети создаются на базе средств (узлов коммутации, в некоторых случаях каналов), специально предназначенных для организации данной сети. Неспециализированные сети для своего построения обычно используют узлы коммутации и каналы, входящие в состав какой-либо другой сети.

По способу коммутации СПД подразделяются на:

· сети с долговременной коммутацией;

· сети с оперативной коммутацией;

· сети с коммутацией каналов;

· сети с коммутацией сообщений;

· сети с коммутацией пакетов;

· сети с гибридной коммутацией.

Долговременной или кроссовой коммутацией называется такой способ коммутации, при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого может измеряться часами, сутками или большим интервалом времени. Каналы, участвующие в организации таких соединений, называются выделенными.

Оперативной коммутацией называется такой способ коммутации, при котором между двумя точками сети организуется временное соединение.

Коммутацией каналов называется способ коммутации, при котором обеспечивается временное прямое соединение каналов СПД между любой парой оконечных пунктов этой сети.

Коммутацией сообщений называется способ коммутации, при котором в каждом узле коммутации производятся прием сообщения, его накопление и последующая передача в соответствии с адресом получателя.

Коммутацией пакетов называется способ коммутации, при котором сообщение делится на части определенного формата - пакеты, которые принимаются, буферизируются и передаются через сеть. Если все пакеты одного сообщения передаются по фиксированному маршруту, то такой режим коммутации называется виртуальным. Если же передача каждого пакета может производиться по самостоятельному маршруту, такой режим коммутации называется датаграммным (дейтаграммным).

Гибридной коммутацией называется способ, при котором в одном и том же узле коммутации производится коммутация, используя два и более вышеописанных видов коммутации.

По типу каналов передачи данных различают сети:

· симплексные (информация передается только в одном направлении);

· полудуплексные (информация передается попеременно в противоположных направлениях);

· дуплексные (информация передается одновременно в противоположных направлениях).

По размеру сетей передачи данных различают:

· локальные сети;

· глобальные сети.

Глобальные сети (международные, национальные, региональные, корпоративные) - охватывающие значительные территории, к которым относятся сети общего пользования, а также ведомственные сети крупных министерств и ведомств, предприятий.

Локальные сети - сети, расположенные на ограниченной площади (в пределах одного здания, предприятия, учреждения) и занимающие площадь не более нескольких квадратных километров.

По скорости передачи информации в сети СПД подразделяются на:

· низкоскоростные - скорость передачи информации в сети до 64 кбит/с;

· среднескоростные - скорость передачи информации в сети от 64 кбит/с до 2,048 Мбит/с;

· высокоскоростные - со скоростью передачи информации в сети от 2,048 Мбит/с и выше.

По структуре СПД подразделяются на:

· иерархические сети;

· неиерархические сети.

Глобальные сети имеют иерархическую структуру, в которой выделяются несколько ступеней иерархии, часто имеющие собственное название.

Неиерархические структуры используются чаще всего при создании локальных сетей и имеют обычно одну ступень иерархии.

По способу управления сетью:

· сети с централизованным управлением;

· сети с децентрализованным управлением;

· сети со смешанным управлением.

Функциями системы управления сетью являются: административное управление, техническая эксплуатация, контроль потоков информации и их оптимальное распределение в сети и так далее. В зависимости от задач, решаемых сетью передачи данных, требований, предъявляемых к сети, и условий ее функционирования система управления может быть построена по централизованному или децентрализованному принципу. Централизованный принцип предполагает наличие единого для всей сети центра управления.

В сети с децентрализованным управлением система управления имеет распределенную структуру, включающую центры управления, распределенные по всем уровням СПД. При смешанном управлении в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления.

К СПД, как и ко всем другим сетям телекоммуникаций, предъявляются требования по надежности, живучести, экономичности и способности к дальнейшему развитию.

Требование к надежности означает, что сеть должна обеспечивать длительное функционирование с поддержанием всех оговариваемых характеристик в заданных пределах.

Требование к живучести означает, что сеть должна сохранять возможность функционирования с поддержанием всех оговариваемых характеристик в заданных пределах при наличии определенного числа внешних и (или) внутренних повреждений.

Экономичность сети предполагает оптимизацию расходов на ее создание и эксплуатацию при условии обеспечения сетью требований в полном объеме.

Требование возможности дальнейшего развития обусловлено постоянным увеличением загрузки сети, причем во многих случаях загрузку сети невозможно точно определить, пока сеть не начнет функционировать.

Сетевые конфигурации должны отличаться простотой реализации и быть изначально эффективными. Эти конфигурации должны, с одной стороны, быть ориентированы на будущее, а с другой - быть достаточно подготовленными для последующей модернизации при появлении новых возможностей передачи данных.

В общем виде СПД должна в возможно большей степени удовлетворять следующим требованиям:

§ интегральность - сеть должна обеспечить возможность передачи информации различных типов с соответствующим каждому типу уровнем качества передачи;

§ эффективность - при передаче сеть должна обеспечить возможность эффективного использования своих ресурсов;

§ надежность доставки информации - сеть должна обеспечивать гарантию передачи информации, как в условиях нормального функционирования, так и при отказе отдельных узлов сети или межузловых связей;

§ живучесть - сеть должна быть работоспособной по отношению к передаче любого вида информации. По мере увеличения числа отказавших узлов сеть может снижать качественные и количественные характеристики обслуживания, но не должна прекращать обслуживание передачи какого-либо вида информации, если сохранилась связность между требуемыми пунктами;

§ мобильность - сеть должна допускать подключение и отключение пользователей в различных точках сети без прерывания нормальной работы остальных пользователей сети;

§ непрерывность эксплуатации - сеть должна обеспечивать возможность обнаружения, локализации и устранения отказов отдельных узлов или межузловых связей без прерывания нормального функционирования своей работоспособной части;

§ развиваемость - сеть должна обеспечивать возможность наращивания числа пользователей, как в пределах отдельных групп, так и по числу групп, объединяемых сетью;

§ помехозащищенность - сеть должна обеспечивать возможность передачи заданных типов информации с низкой вероятностью ошибки при достаточно высокой вероятности ошибок в линиях телекоммуникаций сети. Функционирование сети не должно нарушаться при резком кратковременном увеличении уровня помех на отдельных участках. Сеть должна автоматически восстанавливать нормальную работу при устранении помех.

1.2. Основные понятия и требования при реализации мультисервисных сетей связи

На современном этапе развития общества характерно активное использование информационных и телекоммуникационных технологий. Существующие телекоммуникационные сети общего пользования с коммутацией каналов и коммутацией пакетов не отвечают современным требованиям. Ограниченные возможности традиционных сетей являются сдерживающим фактором на пути внедрения новых инфокоммуникационных услуг. Кроме того, внедрение отдельных видов инфокоммуникационных услуг на базе существующей инфраструктуры негативно сказывается на показателях качества традиционных услуг, предоставляемых на существующих сетях связи. Развитие технологии транспортировки информации привело к тому, что появилась возможность создать такую сеть, которая обеспечила бы удовлетворительные характеристики в смысле передачи информации для практически всех без исключения приложений - от публичной телефонии и интерактивного видео до опроса электросчетчиков. Такая сеть и есть сеть с интеграцией услуг или мультисервисная сеть, которая обеспечивает передачу всех видов медиатрафика в виде различных сигналов информации, и распределенное предоставление неограниченного спектра телекоммуникационных услуг, с возможностью их добавления, редактирования.

Под медиатрафиком или мультимедийным трафиком понимают цифровой поток данных, который содержит различные виды сообщений, воспринимаемых органами чувств человека. Мультимедийные потоки данных передаются по телекоммуникационным сетям с целью предоставления мультимедийных услуг.

Термином мультимедиа принято обозначать комплексное электронное представление: текста, графики, аудио, видео и речи в рамках единой пользовательской платформы, позволяющей одновременно использовать сразу несколько из перечисленных видов информации. Так же должна поддерживаться возможность интерактивного взаимодействия между пользователем и системой.

Необходимо иметь в виду, что мультимедиа не просто одновременная передача по сети сигналов разных служб, как часто считают, а такая интеграция передаваемой информации, при которой в каждый момент передается информация разных видов, посвященная одному и тому же процессу, явлению, предмету, человеку.

Мультисервисная сеть — это универсальная, высокоскоростная, информационно — транспортная сеть. Технические возможности мультисервисной сети обеспечивают предоставление «триединой» услуги — «голос, данные, видео». Такая телекоммуникационная инфраструктура обеспечит передачу всех типов информации и позволит предоставлять разнообразные услуги связи, отличающиеся друг от друга по качественным и количественным показателям. При этом отпадает необходимость создания многочисленных наложенных вторичных сетей, что сокращает расходы на каналы связи и расходы на поддержание работоспособности сети. В тоже время такое решение позволяет в дальнейшем обеспечить внедрение новых услуг с различными требованиями к объему передаваемой информации и качеству ее передачи. «Доступность любых сервисов, всегда и везде» — так можно кратко выразить основную идею и цель мультисервисных сетей. При этом такая сеть открывает массу возможностей построения многообразных наложенных сервисов поверх универсальной транспортной среды — от пакетной телефонии до интерактивного телевидения и веб-служб. Сеть нового поколения отличается новыми возможностями:

· универсальный характер обслуживания разных приложений;

· независимость от технологий услуг связи и гибкость получения набора, объема и качества услуг;

· полная прозрачность взаимоотношений между поставщиком услуг и пользователями.

Круг потенциальных пользователей мультисервисной сети весьма широк. Теоретически в мультисервисной сети не должно быть различий между пользователями. Любой ее абонент сможет пользоваться любым типом услуг, ограничениями будут лишь его платежеспособность, условия контракта и наличие соответствующего оконечного оборудования. Необходимо, чтобы в любой момент он мог затребовать ту или иную услугу и в любой момент отказаться от нее, перейдя на работу в более экономичном режиме. Именно в удовлетворении этих требований заключается одна из основных проблем функционирования таких сетей.

Система должна функционировать в круглосуточном режиме, должно быть предусмотрено резервирование основных линий связи и распределение загрузки каналов связи.

В основе проектирования в обязательном порядке присутствуют следующие принципы:

· Производительность. Используемые в проекте технологии и модели оборудования выбраны, исходя из планируемого объема обрабатываемого трафика, а также из требований к выполняемым функциям и используемым протоколам.

· Надежность и доступность. Система должна функционировать в режиме 24х7 (круглосуточно 7 дней в неделю), 365 (366) дней в году.

· Масштабируемость. Все предложенные решения обеспечивают возможность расширения, т.е. используемое оборудование и топология предусматривает возможность увеличения количества подключаемых пользователей и сетевых устройств. Все оборудование выбрано с резервом, как по производительности, так и по возможности установки дополнительных модулей и расширению функциональности.

· Эффективность. В процессе проектирования произведена оптимизация с целью более эффективного использования ресурсов сети. Ресурсы сети представляют собой ресурсы оборудования (количество памяти, производительность процессора) и ресурсы каналов передачи данных (пропускная способность). Эффективное использование ресурсов сети снижает общую стоимость владения системой.

· Мультисервисность. Сеть обеспечивает независимость технологий предоставления услуг (данных, голоса и видео) от транспортных технологий. Для всего вышеуказанного в качестве неотъемлемого функционала сети обеспечено качество сервиса (QoS) для различных видов трафика с учетом их приоритетности.

· Интеллектуальность (возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика сервиса, обеспечение раздельной тарификации и управление условным доступом); инвариантность доступа (возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии);

· Комплексность услуги или многооператорность (возможность участия нескольких провайдеров в предоставлении услуги и разделение их ответственности и дохода сообразно с видом деятельности каждого).

· Широкополосность (возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя);

· Мультимедийность (способность сети передавать речь, данные, видео- и аудиоинформацию с необходимой синхронизацией в реальном времени и с использованием сложных конфигураций соединений);

· Безопасность. Сеть учитывает требования к организации безопасности и защиты от несанкционированного доступа (НСД) в сетях передачи данных. Все устройства, входящие в состав оборудования, защищены системой паролей, имеющей несколько уровней, обладают дополнительными функциями по безопасности: списки доступа, виртуальные сети (VLAN). Аутентификация может производиться с использованием серверов аутентификации и протоколов TACACS+/RADIUS, которые обеспечивают шифрацию при обмене паролями

Таким образом мультисервисная сеть должна:

· обеспечить передачу разнородного, мультимедийного трафика с круглосуточным режимом функционирования, обеспечивать требуемое качество сервиса при передачи мультимедийного трафика;

· предоставлять возможность построения виртуальных частных сетей для корпаротивных заказчиков;

· обеспечивать высокоскоростной доступ конечных пользователей к сетевым ресурсам;

· обладать достаточной надежностью, производительностью, необходимыми средствами контроля и управления, обеспечивать надежное функционирования за счет возможности дублирования своих компонентов и возможности их оперативной замены;

· сетевые элементы должны управляться из единого центра управления , который должен обеспечивать устойчивую и надежную между всеми обслуживаемыми точками сети;

· сеть должна иметь современные средства защиты от несанкционированного доступа со стороны внешней сети и защиты информации и конфигурации;

· должна обеспечивать возможность увеличения количества портов и пропускной способности сети добавлением оборудования

Требования предъявляемые к мультисервисной сети привлекают широкий круг пользователей и среди них:

Во-первых, многочисленные индивидуальные пользователи, проживающие в частных домах или квартирах и желающие иметь качественную телефонную связь (в том числе несколько телефонных номеров), хороший выход в Интернет, большое число развлекательных и информационных аудио- и видеопрограмм, удаленный доступ к бытовой аппаратуре и т. п.

Во-вторых, это групповые пользователи — бизнес-центры, многоквартирные жилые дома, фирмы, расположенные в одном здании.

В-третьих, это распределенные корпорации, имеющие территориально удаленные офисы, филиалы, автоматические терминалы (банкоматы, торговые автоматы и т. п.).

Мультисервисная среда вводит в оборот ряд новых услуг – одни из них более привлекательны для широкого круга пользователей и позволяют достаточно быстро их внедрить, другие – на сегодняшний день являются только перспективными, но позволяют обеспечить взрывной рост дохода в ближайшем будущем.В список первых, например, входят такие услуги как:

· Обычное цифровое и интерактивное телевидение.

· Видео (музыка, книги) по запросу, персональная видеозапись телепередач.

· IP-телефония, видео-телефония.

· Интернет.

· Местные информационные услуги и ряд других.

Тип услуги	Ширина полосы (к абоненту), Мбит/с
Широковещательное ТВ MPEG-2	От 2 до 6
Широковещательное ТВ MPEG-4	От 6 до 12
Видео по требованию	От 2 до 6
Персональный видеомагнитофон	От 2 до 6
Высокоскоростной Internet	От 0,5 до 10
Видео-конференц-связь	От 0,3 до 0,75
Голосовая и видеотелефония	От 0,064 до 0,75

Современный этап развития мировой цивилизации характеризуется переходом от индустриального к информационному обществу, предлагающему новые формы социальной и экономической деятельности, базирующиеся на массовом использовании информационных и телекоммуникационных технологий. Ведущим фактором для развития информационной инфраструктуры является развитая телекоммуникационная инфраструктура, к которой относятся мощная магистральная сеть и сеть доступа. Интеграция современных информационных и телекоммуникационных технологий обеспечивает создание инфотелекоммуникационных сетей с широким набором разнообразных услуг пользователям. Поэтому современные сети передачи информации становятся важнейшим компонентом информационной инфраструктуры. Это видно на примере объединения современных телекоммуникационных и информационных технологий, наиболее полно реализованных в глобальной сети Internet. Динамика роста интернет-трафика значительно превышает динамику роста трафика в традиционных сетях. Сейчас телекоммуникационные сети становятся преимущественно сетями передачи трафика данных, в которых объем трафика данных растет большими темпами по сравнению с голосовым трафиком.

Процесс изменения структуры трафика в сетях телекоммуникации в разных регионах по разному, но в настоящее время эти тенденции приобретают достаточно общий характер. Магистральный участок или опорный уровень сети должен обеспечивать высокоскоростную передачу пакетов между узлами, максимально используя полосу пропускания. Опорные сети обязаны агрегировать разнородный трафик, предоставляемый сетями промежуточного уровня (пограничными сетями), и обеспечивать прозрачный транспорт для передачи этой информации. Для того, чтобы решить данные задачи, опорные сети должны использовать мощные коммутаторы, объединенные волоконнооптическими каналами с использованием самых передовых оптических технологий, таких как, SDH/SONET и DWDM. Построение мультисервисных сетей может осуществляться на базе самых различных технологий, как на платформе IP (IP VPN), так и на базе выделенных каналов связи. На магистральном уровне наиболее популярны сегодня технологии IP/MPLS, ATM, xGE, DPT/RPR, POS, DWDM, Packet over SONET/SDH. Реально большая часть магистральных мультисервисных сетей сегодня строится на основе технологий IP/MPLS, DWDM, xGE, а также POS, которые считаются особенно перспективными при значительной широте охвата и большом количестве потребителей. Агрегация на уровне города выполняется на базе Gigabit Ethernet, ATM, IP/MPLS, CWDM.

1.3. Структура современной мультисервисной сети как сети следующего поколения

Функциональную модель мультисервисной сети с использованием технологии пакетной коммутации, можно представить структурно следующими уровнями:

транспортный уровень:

опорный (базовый) подуровень

промежуточный уровень

подуровень доступа

уровень управления сервисами, коммутации и передачи информации
уровень приложений и управления услугами

Рис.1.4. Функциональная модель мультисервисной сети

Транспортный уровень обеспечивает коммутацию и прозрачную передачу информации пользователя, строится на базе современных пакетных технологий, обеспечивающих гарантированное качество передачи информации. К таким технологиям сейчас относятся Gigabit Ethernet, IP/MPLS и ATM. Конкретный выбор используемых транспортных технологий осуществляется на стадии проектирования. Основные технологические аспекты построения транспортной сети представлены на рисунке.

Рис.1.5. Упрощенная модель транспортного звена

Транспортная сеть является опорной сетью в многослойной архитектуре телекоммуникационной сети со свободно надстраиваемыми слоями услуг. Состоит из двух подуровней: базового (ядро сети) и доступа.

Базовый подуровень - высокопроизводительное ядро сети, предоставляющее транспортные услуги между объектами. Этот уровень создается с целью высокоскоростной передачи пакетов между узлами, максимально используя полосу пропускания. На данном уровне не предполагается каких-либо манипуляций с содержимым пакетов (таких как фильтрация или уровни доступа), которые могут приводить к снижению производительности опорного уровня.

Промежуточный - уровень, определяющий интеграцию информации различной природы, некоторые параметры адресации, управления трафиком, обеспечения гарантированного качества предоставляемого сервиса (QoS), параметры широковещательных сообщений, политику безопасности, и т.д.

Уровень доступа – решает такие задачи, как обеспечение точки входа рабочих станций пользователей в сеть. Сети уровня доступа - корпоративные или внутридомовые сети, а также каналы связи, обеспечивают подключение абонентов к поставщикам сетевых услуг с использованием всех перспективных технологий обеспечения доступа:

· традиционные проводные линии связи (подразделяющиеся, в свою очередь, на две большие подгруппы - выделенные линии и телефонные линии с коммутируемым доступом).

· оптико-волоконные системы (к ним также можно отнести и системы связи на базе коаксиального кабеля, используемые, в частности, в кабельном телевидении);

· различного рода системы беспроводные доступа

Уровень управления коммутацией и передачей информации – выполняет функции управления соединениями и потоками, обработки информации систем сигнализации, маршрутизации вызовов, управления доступа к услугам и др. Этот уровень содержит системную логику , обеспечивающую работу систем связи.

Уровень управления услугами – содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду, обеспечивающую предоставление инфокоммуникационных услуг, управление услугами, создание и внедрение новых услуг, взаимодействие различных услуг. Данный уровень позволяет реализовать специфику услуг вне зависимости от типа транспортной сети (IP/MPLS, ATM, Gigabit Ethernet, FR и т.д.) и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить на сети любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней.

В соответствии с концепцией NGN вырисовывается следующая архитектура сети связи.

Персональный компьютер

телефон

Рис.1.6. Архитектура сети связи NGN

Основу сети NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей.

В состав транспортной сети NGN могут входить:

· транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации;

· оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети;

· контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями;

· шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи (ТФОП, СПД, СПС).

Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему коммутации, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг.

Назначением транспортной сети является предоставление услуг переноса. Реализация инфокоммуникационных услуг осуществляется на базе узлов служб (SN) и/или узлов управления услугами (SCP).

SN является оборудованием поставщиков услуг и может рассматриваться в качестве сервера приложений для инфокоммуникационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием пользователя.

SCP является элементом распределённой платформы ИСС и выполняет функции управления логикой и атрибутами услуг.

Совокупность нескольких узлов служб или узлов управления услугами, задействованных для предоставления одной и той же услуги, образуют платформу управления услугами. В состав платформы также могут входить узлы административного управления услугами и серверы различных приложений.

Оконечные/оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен за счет добавления функций предоставления услуг. Для построения этого может использоваться технология гибкой коммутации (Softswitch).

Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие поставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться на основе функциональной модели распределённых (региональных) баз данных, реализуемых в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т X.500. Доступ к базам данных организуется с использованием протокола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol).

Вышеуказанные базы данных позволяют решить следующие задачи:

· cоздание абонентских справочников;

· автоматизация взаиморасчётов между операторами связи и поставщиками услуг;

· обеспечение взаимодействия между операторами связи в процессе предоставления услуг ИСС;

· обеспечение взаимодействия терминалов с различными функциональными возможностями на разных концах соединения.

Вышеуказанные базы данных могут использоваться также поставщиками услуг для организации платных информационно-справочных услуг.

Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 и т.д. Для управления услугами будут использованы протоколы H.323, SIP и подходы, применяемые в интеллектуальных сетях связи.

Как подсказывает опыт проектирования различных корпоративных и ведомственных сетей, наиболее целесообразно, с экономической точки зрения, является вариант, предусматривающий собственное оборудование на нижних уровнях собственной сети и аренду портов в коммутационных средствах других операторов для организации собственной сети международного уровня.

Базовую сеть, транзитный междугородний уровень мультисервисной сети, целесообразно создавать несколькими операторами, объединив свои инвестиционные возможности, технические средства, интеллект персонала.

Благодаря физическому и логическому отделению слоя транспорта и коммутации от устройств и систем управления транспортом и коммутацией, а также систем предоставления услуг можно переходить к открытым системам по отдельности на каждом слое, проще и быстрее внедрять передовые решения на сетях операторов.

2. Методы коммутации и принципы технологии АТМ и Ethernet

2.1. Принципы и механизмы коммутации в мультисервисных сетях связи

2.1.1. Методы коммутации каналов, сообщении и пакетов

В общем случае решение каждой из частных задач коммутации – определение потоков и соответствующих маршрутов, фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств, распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства, мультиплексирование/демультиплексирование потоков и разделение среды передачи – зависит от решения остальных. Комплекс технических решений обобщенной задачи коммутации в своей совокупности составляет базис любой сетевой технологии. От того, какой механизм прокладки маршрутов, продвижения данных и совместного использования каналов телекоммуникаций заложен в той или иной сетевой технологии, зависят ее фундаментальные свойства.

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих:

· коммутация каналов (circuit switching);

· коммутация пакетов (packet switching).

Внешне обе эти схемы соответствуют приведенной на рисунке 2.1. структуре сети, однако возможности и свойства их различны.

Рисунок 2.1. - Общая структура сети с коммутацией абонентов

Сети с коммутацией каналов имеют более богатую историю, они ведут свое происхождение от первых телефонных сетей. Сети с коммутацией пакетов сравнительно молоды, они появились в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми глобальными компьютерными сетями. Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки, но по долгосрочным прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии с коммутацией пакетов, как более гибкой и универсальной.

Коммутация каналов. Сеть в случае коммутации каналов образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Условием того, что несколько физических каналов при последовательном соединении образуют единый физический канал, является равенство скоростей передачи данных в каждой из составляющих физических каналов. Равенство скоростей означает, что коммутаторы такой сети не должны буферизовать передаваемые данные.

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.

Например, если сеть, изображенная на рисунке 2.1., работает по технологии коммутации каналов, то узел 1, чтобы передать данные узлу 7, прежде всего должен передать специальный запрос на установление соединения коммутатору А, указав адрес назначения 7. Коммутатор А должен выбрать маршрут образования составного канала, а затем передать запрос следующему коммутатору, в данном случае Е. Далее коммутатор Е передает запрос коммутатору F, а тот, в свою очередь, передает запрос узлу 7. Если узел 7 принимает запрос на установление соединения, он направляет по уже установленному каналу ответ исходному узлу, после чего составной канал считается с коммутированным и узлы 1 и 7 могут обмениваться по нему данными, например, вести телефонный разговор.

Техника коммутации каналов имеет свои достоинства и недостатки. Основные достоинства перечислены ниже.

1 Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу. Это позволяет пользователю сети на основе заранее произведенной оценки требуемой для качественной передачи данных пропускной способности установить в сети канал нужной скорости.

2 Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть. Это позволяет качественно передавать данные, чувствительные к задержкам (называемые также трафиком реального времени) – голос, видео, различную технологическую информацию.

К недостаткам сетей с коммутацией каналов относятся следующие.

1 Отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения. Такая ситуация может сложиться из-за того, что на некотором участке сети соединение нужно установить вдоль некоторого физического канала, через который уже проходит максимальное для данной техники мультиплексирования и для данного канала количество информационных потоков. Например, если между двумя телефонными станциями имеется физический канал, который допускает прохождение через него не более 30 соединений абонентов, и нужно установить через этот канал еще одно соединение, то произойдет отказ в обслуживании. Отказ может случиться и на конечном участке составного канала, например, если абонент может поддерживать только одно соединение, что характерно для многих телефонных сетей. При поступлении второго вызова уже разговаривающему абоненту сеть в этом случае передает вызывающему абоненту короткие гудки – сигнал «занято».

2 Нерациональное использование пропускной способности физических каналов. После установления соединения часть пропускной способности отводится составному каналу на все время соединения, то есть до тех пор, когда соединение не будет разорвано по инициативе абонентов или самой сети. В то же время во многих случаях абонентам не нужна пропускная способность канала на все время соединения, например, в телефонном разговоре встречаются паузы, еще более неравномерным во времени является взаимодействие компьютеров. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности физического канала является принципиальным ограничением сети с коммутацией каналов, так как единицей коммутации здесь является информационный поток в целом. Модификация методов коммутации для снятия этого ограничения приводит к технике коммутации пакетов.

3 Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения. Достоинства и недостатки любой сетевой технологии – относительны. В определенных ситуациях на первый план выходят достоинства, а недостатки становятся несущественными. Так, техника коммутации каналов хорошо работает в тех случаях, когда нужно передавать только трафик телефонных разговоров, а с невозможностью «вырезать» паузы из разговора и более рационально использовать магистральные физические каналы между коммутаторами можно мириться. Однако, при передаче очень неравномерного компьютерного трафика эта нерациональность уже выходит на первый план.

Коммутация пакетов. Эта техника коммутации была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Первые шаги на пути создания компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Типичные сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высоким уровнем пульсации скорости передачи данных. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер — и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может достигать 1:50 или даже 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут закреплены за данной парой абонентов и будут недоступны другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т.д. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета на узел назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения (рисунок 2.2). Пакеты транспортируются по сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге — узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета (рисунок 2.3). В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсацию трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым наиболее эффективно использовать их для повышения пропускной способности сети в целом.

Действительно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование с коммутированного канала связи, как это делается в сетях с коммутацией каналов. В таком случае время взаимодействия этой пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому.

Рисунок 2.2 - Разбиение сообщения на пакеты

Рисунок 2.3 - Сглаживание пульсаций трафика в сети с коммутацией пакетов

Простои канала во время пауз передачи абонентов не интересуют, для них важно быстрее решить свою задачу. Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, так как их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока по магистральным связям передаются другие пакеты, пришедшие в коммутатор ранее.

Тем не менее, общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике коммутации каналов. Это происходит потому, что пульсации отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени так, что их пики не совпадают, поэтому коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико. На рисунке 2.3 показано, что трафик, поступающий от конечных узлов на коммутаторы, распределен во времени очень неравномерно. Однако коммутаторы более высокого уровня иерархии, которые обслуживают соединения между коммутаторами нижнего уровня, загружены более равномерно, и поток пакетов в магистральных каналах, соединяющих коммутаторы верхнего уровня, имеет почти максимальный коэффициент использования. Буферизация сглаживает пульсации, поэтому коэффициент пульсации на магистральных каналах гораздо ниже, чем на каналах абонентского доступа — он может быть равным 1:10 или даже 1:2.

Более высокая эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов (при равной пропускной способности каналов телекоммуникаций) была доказана в 60-е годы как экспериментально, так и с помощью имитационного моделирования. Здесь уместна аналогия с мультипрограммными операционными системами. Каждая отдельная программа в такой системе выполняется дольше, чем в однопрограммной системе, когда программе выделяется все процессорное время, пока ее выполнение не завершится. Однако общее число программ, выполняемых за единицу времени, в мультипрограммной системе больше, чем в однопрограммной.

Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, но повышает пропускную способность сети в целом.

Задержки в источнике передачи:

- время на передачу заголовков;

- задержки, вызванные интервалами между передачей каждого следующего пакета.

Задержки в каждом коммутаторе:

- время буферизации пакета;

- время коммутации, которое складывается из:

а) времени ожидания пакета в очереди (переменная величина);

б) времени перемещения пакета в выходной порт.

Ниже перечислены достоинства сетей с коммутацией пакетов.

1 Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика.

2 Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.

К недостаткам сетей с коммутацией пакетов относятся следующие.

1 Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети.

2 Переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети.

3 Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

В настоящее время активно разрабатываются и внедряются методы, позволяющие преодолеть указанные недостатки, которые особенно остро проявляются для чувствительного к задержкам трафика, требующего при этом постоянной скорости передачи. Такие методы называются методами обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS).

Сети с коммутацией пакетов, в которых реализованы методы обеспечения качества обслуживания, позволяют одновременно передавать различные виды трафика, в том числе такие важные как телефонный и компьютерный. В этой связи методы коммутации пакетов сегодня считаются наиболее перспективными для построения конвергентной сети, которая обеспечит комплексные качественные услуги для абонентов любого типа. Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и методы коммутации каналов. Сегодня они не только с успехом работают в традиционных телефонных сетях, но и широко применяются для образования высокоскоростных постоянных соединений в так называемых первичных (опорных) сетях технологий SDH и DWDM, которые используются для создания магистральных физических каналов между коммутаторами телефонных или компьютерных сетей. В будущем вполне возможно появление новых технологий коммутации, в том или ином виде комбинирующих принципы коммутации пакетов и каналов.

Коммутация сообщений. Коммутация сообщений по своим принципам близка к коммутации пакетов. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Коммутация сообщений

Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение. Например, сообщением может быть текстовый документ, файл с кодом программы, электронное письмо.

Транзитные компьютеры могут соединяться между собой как сетью с коммутацией пакетов, так и сетью с коммутацией каналов. Сообщение хранится в транзитном компьютере на диске, причем довольно продолжительное время, если компьютер занят другой работой или сеть временно перегружена.

По такой схеме обычно передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты. Режим передачи с промежуточным хранением на диске называется режимом хранения и передачи (store-and-forward).

Режим коммутации сообщений разгружает сеть для передачи трафика, требующего быстрого ответа, например трафика службы WWW или файловой службы.

Количество транзитных компьютеров обычно стараются уменьшить. Если компьютеры подключены к сети с коммутацией пакетов, то число промежуточных компьютеров уменьшается до двух. Например, пользователь передает почтовое сообщение своему серверу исходящей почты, а тот сразу старается передать его серверу входящей почты адресата. Но если компьютеры связаны между собой телефонной сетью, то часто используется несколько промежуточных серверов, так как прямой доступ к конечному серверу может быть в данный момент невозможен из-за перегрузки телефонной сети (абонент занят) или экономически невыгоден из-за высоких тарифов на дальнюю телефонную связь.

Техника коммутации сообщений появилась в компьютерных сетях раньше техники коммутации пакетов, но потом была вытеснена последней, как более эффективной по критерию пропускной способности сети. Запись сообщения на диске занимает достаточно много времени, и кроме того, наличие дисков предполагает использование в качестве коммутаторов специализированных компьютеров, что влечет за собой существенные затраты на организацию сети.

Сегодня коммутация сообщений работает только для некоторых не оперативных служб, причем чаще всего поверх сети с коммутацией пакетов, как служба прикладного уровня.

Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с коммутацией каналов можно разделить на два класса по другому признаку – на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией.

В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем (опять же по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрывается. В общем случае любой пользователь сети может соединиться с любым другим пользователем сети. Обычно период соединения между парой пользователей при динамической коммутации составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы – передачи файла, просмотра страницы текста или изображения и т.п.

Во втором случае сеть не предоставляет пользователю возможность выполнить динамическую коммутацию с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть. Время, на которое устанавливается постоянная коммутация, измеряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной (permanent) коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных (dedicated), или арендуемых (leased), каналов. В том случае, когда постоянное соединение через сеть коммутаторов устанавливается с помощью автоматических процедур, инициированных обслуживающим персоналом, его часто называют полупостоянным (semi-permanent) соединением, в отличие от режима ручного конфигурирования каждого коммутатора.

Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP/IP.

Наиболее популярными сетями, работающими в режиме постоянной коммутации, сегодня являются сети технологии SDH, на основе которых строятся выделенные каналы связи с пропускной способностью в несколько гигабит в секунду.

Некоторые типы сетей поддерживают оба режима работы. Например, сети Х.25 и АТМ могут предоставлять пользователю возможность динамически связываться с любым другим пользователем сети и в то же время отправлять данные по постоянному соединению одному вполне определенному абоненту.

Постепенно различия между локальными и глобальными типами сетевых технологий стали сглаживаться. Изолированные ранее локальные сети начали объединять друг с другом, при этом в качестве связующей среды использовались глобальные сети. Тесная интеграция локальных и глобальных сетей привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий.

Высокое качество цифровых каналов изменило требования к протоколам глобальных компьютерных сетей. На первый план вместо процедур обеспечения надежности вышли процедуры обеспечения гарантированной средней скорости доставки информации пользователям, а также механизмы приоритетной обработки пакетов особенно чувствительного к задержкам трафика, например голосового. Эти изменения нашли отражение в новых технологиях глобальных сетей, таких как Frame Relay и ATM. В этих сетях предполагается, что искажение битов происходит настолько редко, что ошибочный пакет выгоднее просто уничтожить, а все проблемы, связанные с его потерей, перепоручить программному обеспечению более высокого уровня, которое непосредственно не входит в состав сетей Frame Relay и ATM.

Большой вклад в сближение локальных и глобальных сетей внесло доминирование протокола IP. Этот протокол сегодня используется поверх любых технологий локальных и глобальных сетей – Ethernet, Token Ring, ATM, Frame Relay – для создания из различных подсетей единой составной сети.

Одним из проявлений сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей масштаба большого города, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Городские сети, или сети мегалополисов (Metropolitan Area Networks, MAN), предназначены для обслуживания территории крупного города. Эти сети используют цифровые линии телекоммуникаций, часто оптоволоконные, со скоростями на магистрали от 155 Мбит/с и выше. Они обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети.

Сегодня пакетные методы коммутации постепенно теснят традиционные для телефонных сетей методы коммутации каналов даже при передаче голоса. У этой тенденции есть достаточно очевидная причина – на основе метода коммутации пакетов можно более эффективно использовать пропускную способность каналов телекоммуникаций и коммутационного оборудования.

Использование коммутации пакетов для одновременной передачи через пакетные сети разнородного трафика – голоса, видео и текста – сделало актуальным разработку новых методов обеспечения требуемого качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Методы QoS призваны минимизировать уровень задержек для чувствительного к ним трафика, например, голосового, и одновременно гарантировать среднюю скорость и динамичную передачу пульсаций для трафика данных. Поставленная задача осложняется тем, что изначально метод коммутации пакетов был рассчитан на слабо чувствительный к задержкам трафик, которому не очень мешали случайные задержки, возникающие при временном размещении пакетов в буфере промежуточного устройства сети. Тем не менее методы поддержки QoS сети в пакетных сетях вообще и IP-сетях, в частности, уже существуют, причем они сохраняют сравнительно невысокую стоимость инфраструктуры сетевых магистралей.

В IP-сетях сегодня начали активно применять технологию виртуальных каналов в форме многопротокольной коммутации меток MPLS.

2.1.2. Принципы и механизмы коммутации пакетов

Дейтаграммный метод эффективен для передачи коротких сообщений. Он не требует громоздкой процедуры установления соединения между абонентами. Этот способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга, пакет за пакетом. Выбор следующего узла – например, коммутатора Ethernet или маршрутизатора IP/IPX – происходит только на основании адреса узла назначения, содержащегося в заголовке пакета. Принадлежность пакета к определенному потоку между двумя конечными узлами и двумя приложениями, работающими на этих узлах, никак не учитывается.

Решение о том, какому узлу передать пришедший пакет, принимается на основе таблицы, содержащей набор адресов назначения и адресную информацию, однозначно определяющую следующий (транзитный или конечный) узел. Такие таблицы имеют разные названия – например, для сетей Ethernet они обычно называются таблицей продвижения (forwarding table), а для сетевых протоколов, таких как IP и IPX, - таблицей маршрутизации (routing table). Далее для простоты будем пользоваться термином «таблица маршрутизации» в качестве обобщенного названия таблиц такого рода, используемых для дейтаграммной передачи на основании только адреса назначения конечного узла.

В таблице маршрутизации для одного и того же адреса назначения может содержаться несколько записей, указывающих соответственно на различные адреса следующего маршрутизатора. Такой подход используется для повышения производительности и надежности сети.

В примере, показанном на рисунок 2.5, пакеты, поступающие в маршрутизатор R1 для узла назначения с адресом N2, A2 в целях баланса нагрузки, распределяются между двумя следующими маршрутизаторами – R2 и R3, что снижает нагрузку на каждый из них, а значит, уменьшает очереди и ускоряет доставку.

Некоторая «размытость» путей следования пакетов с одним и тем же адресом назначения через сеть является прямым следствием принципа независимой обработки каждого пакета, присущего дейтаграммным протоколам. Пакеты, следующие по одному и тому же адресу назначения, могут добираться до него разными путями и вследствие изменения состояния сети, например отказа промежуточных маршрутизаторов.

Такая особенность дейтаграммного механизма, как размытость путей следования трафика через сеть, также в некоторых случаях является недостатком, например, если пакетам определенного сеанса между двумя конечными узлами сети необходимо обеспечить заданное качество обслуживания. Современные методы поддержки QoS работают эффективней, когда трафик, которому нужно обеспечить гарантии обслуживания, всегда проходит через одни и те же промежуточные узлы.

Рисунок 2.5 - Дейтаграммный принцип передачи пакетов

Дейтаграммный режим объединяет в себе сетевой и транспортный уровни, поэтому протокол передачи сети Internet называется протоколом TCP/IP, где протокол ТСР – протокол четвертого транспортного уровня, а IP – сетевой протокол. Дейтаграммный режим используется, в частности, в Internet в протоколах UDP (User Datagram Protocol) и TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Механизм виртуальных каналов (virtual circuit или virtual channel) создает в сети устойчивые пути следования трафика через сеть с коммутацией пакетов. Этот механизм учитывает существование в сети потоков данных.

Если целью является прокладка для всех пакетов потока единого пути через сеть, то необходимым (но не всегда единственным) признаком такого потока должно быть наличие для всех его пакетов общих точек входа в сеть и выхода из сети. Именно для передачи таких потоков в сети создаются виртуальные каналы. На рисунке 2.6 показан фрагмент сети, в которой проложены два виртуальных канала. Первый проходит от конечного узла с адресом N1, A1 до конечного узла с адресом N2, A2 через промежуточные коммутаторы сети R1, R3 и R4. Второй обеспечивает продвижение данных по пути N3, A3 – R5 – R7 – R4 – N2, A2. Между двумя конечными узлами может быть проложено несколько виртуальных каналов, как полностью совпадающих в отношении пути следования через транзитные узлы, так и отличающихся.

Рисунок 2.6 - Принцип работы виртуального канала

Сеть только обеспечивает возможность передачи трафика вдоль виртуального канала, решение же о том, какие именно потоки будут передаваться по этим каналам, принимают сами конечные узлы. Узел может использовать один и тот же виртуальный канал для передачи всех потоков, которые имеют общие с данным виртуальным каналом конечные точки, или же только части из них. Например, для потока реального времени можно использовать один виртуальный канал, а для трафика электронной почты - другой. В последнем случае разные виртуальные каналы будут предъявлять разные требования к качеству обслуживания, и удовлетворить их потенциально будет проще, чем в том случае, когда по одному виртуальному каналу передается трафик с разными требованиями к параметрам QoS.

Важной особенностью сетей с виртуальными каналами является использование локальных адресов пакетов при принятии решения о продвижении. Вместо достаточно длинного адреса узла назначения (его длина должна позволять уникально идентифицировать все узлы и подсети в сети, так, технология ATM, например, оперирует с адресами длиной в 20 байт) применяется локальная, то есть меняющаяся от узла к узлу метка, которой помечаются все пакеты, перемещаемые по определенному виртуальному каналу. Эта метка в различных технологиях называется по-разному: номер логического канала (Logical Channel number, LCN) в технологиях Х.25, идентификатор соединения уровня канала данных (Data Link Connection Identifier, DLCI) в технологии Frame Relay, идентификатор виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI) в технологии АТМ. Однако назначение ее везде одинаково – промежуточный узел, называемый в этих технологиях коммутатором, читает значение метки из заголовка пришедшего пакета и просматривает свою таблицу коммутации, в которой указывается, на какой выходной порт нужно передать пришедший пакет. Таблица коммутации содержит записи только о проходящих через данный коммутатор виртуальных каналах, а не обо всех имеющихся в сети узлах (или подсетях, если применяется иерархический способ адресации). Обычно в крупной сети количество проложенных через узел виртуальных каналов существенно меньше количества узлов и подсетей, поэтому размер таблицы коммутации намного меньше размера таблицы маршрутизации, а, следовательно, просмотр ее занимает гораздо меньше времени и не требует от коммутатора большой вычислительной мощности.

Идентификатор виртуального канала (метка) также намного короче адреса конечного узла – по той же причине, – поэтому и избыточность заголовка пакета, который теперь не содержит длинного адреса, а переносит по сети только идентификатор, существенно меньше.

2.2. Принципы технологии ATM

Благодаря разработанным стандартам, обеспечивающим совместимость продуктов ATM разных производителей, а также для стыковки оборудования ATM с традиционным сетевым оборудованием стало возможным широкое распространение сетей мультимедиа на базе технологии ATM. Технология АТМ с самого начала разрабатывалась именно для передачи мультимедийной информации, и поэтому может рассматриваться в качестве единой универсальной сетевой технологии для построения мультисервисных сетей связи.

Появления сетей АТМ в процессе развития современных систем связи позволили строить высокопроизводительные, экономически эффективные сети, готовые к работе с новыми приложениями мультимедиа. Она способна обеспечить оптимальное соотношение между высокой скоростью передачи трафика и минимальными задержками, с одной стороны, и расходами по аренде быстродействующих линий связи — с другой. Опыт построения таких сетей показывает, что АТМ представляет готовую базу для создания мультисервисных сетей общего пользования.

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удается добиться передачи в одной сети информации с постоянной и переменной полосой пропускания. Подход, реализованный в технологии АТМ, состоит в передаче любого вида трафика - компьютерного, телефонного или видео - пакетами фиксированной и очень маленькой длины в 53 байта. Пакеты АТМ называют ячейками - cell. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок - 5 байт. Небольшая длина пакета позволяет сократить время на их передачу и тем самым обеспечить небольшие задержки при передачи пакетов, требующих постоянного темпа передачи , характерного для мультимедийной информации.

При приоритетном обслуживании мультимедийного трафика коммутаторами сети, его пакеты будут вынуждены даже при дисциплине относительных приоритетов ожидать в худшем случае в течение небольшого и фиксированного времени - времени передачи пакета из 53 байт, что при скорости в 155 Мб/с составит менее 3 мкс. Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения и в то же время процент служебной информации не был большим по сравнению с размером поля данных пакета, в технологии ATM применен стандартный для глобальных вычислительных сетей прием - эти сети всегда работают по протоколу с установлением соединения и, адреса конечных узлов используются только на этапе установления соединения. При установлении соединения ему присваивается текущий номер соединения и в дальнейших передачах пакетов в рамках этого соединения (то есть до момента разрыва связи) в служебных полях пакета используется не адрес узла назначения, а номер соединения, который намного короче.В пакете имеется небольшой заголовок в 5 байт, из которых 3 байта отводятся под номер виртуального соединения, уникального в пределах всей сети ATM, а остальные 48 байт могут содержать 6 замеров оцифрованного голоса или 6 байт данных вычислительной сети. Небольшие пакеты фиксированной длины позволяют гарантировать небольшие задержки при передаче синхронного трафика. Ясно, что при отказе от жестко фиксированных канальных интервалов для каждого канала, идеальной синхронности добиться будет невозможно.

Однако, если пакеты разных видов трафика будут обслуживаться с разными приоритетами, то максимальное время ожидания приоритетного пакета будет равно времени обработки одного пакета, и если эти пакеты небольшого размера, то и отклонение от синхронизма будет небольшое. Введение типов трафика и приоритетное обслуживание являются еще одной особенностью технологии ATM, которая позволяет ей успешно совмещать в одном канале синхронные и асинхронные пакеты. В сетях ATM соединение конечного узла с сетью осуществляется индивидуальной линией связи, а коммутаторы соединяются между собой каналами с уплотнением, которые передают пакеты всех узлов, подключенных к соответствующим коммутаторам (рис. 2.7).

Рис.2.7.Структура сети ATM

Сеть ATM имеет структуру, похожую на структуру телефонной сети - конечные станции соединяются с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов для маршрутизации трафика в сети коммутаторов. Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве соединения. Виртуальные соединения устанавливаются на основании длинных 20-байтных адресов конечных станций. Такая длина адреса рассчитана на очень большие сети, вплоть до всемирных.

Адрес имеет иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети и использует префиксы, соответствующие кодам стран, городов и т.п. Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Постоянные виртуальные соединения соединяют двух фиксированных абонентов и устанавливаются администратором сети. Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются при инициации связи между любыми конечными абонентами. Соединения конечной станции ATM с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface). UNI определяет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола ATM и способы управления трафиком. Такие технологии передачи, как Ethernet и Token Ring, соответствуют семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI). ATM же имеет собственную модель, разработанную организациями по стандартизации представленную на рисунке 2.8.

Рис.2.8. Модель стека протоколов в сети ATM

Модель предполагает использование концепции нескольких плоскостей для разделения пользовательских функций, функций управления и контроля. Структура такой плоскостной модели приведена на рис. 6 и содержит эти три плоскости: пользовательскую - для передачи абонентской информации, плоскость контроля - для передачи информации сигнализации и плоскость управления - для системы эксплуатации сети и реализации операторских функций. Кроме того, добавлено третье измерение в структуре, называемое управлением плоскостями, которое отвечает за управление системой в целом.

Как видно из рисунка, каждая плоскость охватывает несколько уровней модели, причем уровни, как и положено, функционируют независимо друг от друга и общаются между собой стандартными протокольными блоками. Взаимосвязь уровней АТМ и уровней модели ВОС пока не описано в МККТТ, но можно умозрительно установить такую взаимосвязь: физический уровень более или менее совпадает по функциям с первым уровнем модели ВОС и занимается обработкой потока бит. Уровень АТМ располагается в нижней части второго уровня стандартной модели. Уровень адаптации АТМ - АТМ adaptation layer - AAL - выполняет задачи приспособления протоколов верхних уровней, неважно, пользовательской или сигнальной информации, к селлам АТМ фиксированной длины. Для плоскости контроля информация сигнализации эквивалентна нижней части второго уровня ВОС, а пользовательская плоскость больше приложима к нижней части транспортного уровня, поскольку адаптация пользовательских данных выполняется из конца в конец между абонентскими установками. Основные функции уровней эталонной модели протоколов ATM и их деление на подуровни приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Уровни эталонной модели протоколов ATM

Функции физического уровня.

Физический уровень является самым нижним уровнем протокольного стека ATM, который определяет интерфейс между уровнем АТМ и физической средой. Физический уровень делится на два подуровня:

· подуровень, зависящий от физической среды;

· подуровень конвергенции с системой передачи.

Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость передачи битового потока через данную физическую среду, а также обеспечивает синхронизацию между передачей и приемом. На этом уровне осуществляется линейное кодирование и, если необходимо, электронно-оптическое и оптоэлектронное преобразование сигналов. В качестве физической среды, используемой для распространения сигнала, чаще всего используется одномодовое или многомодовое оптоволокно. Возможно использование коаксиального кабеля, экранированной или неэкранированной медной пары, радиоканала высокого качества.

Подуровень конвергенции с системой передачи определяет порядок передачи ячеек ATM в битовом потоке и выполняет следующие функции:

· генерацию кадра системы передачи и его восстановление на приеме;

· адаптацию потока ячеек к кадру передачи на передающей стороне и выделение ячеек из кадра на приемной стороне;

· формирование поля контроля ошибок в заголовке на передающей стороне и обнаружение и исправление одиночных ошибок, если это возможно, на приемной стороне;

· согласование скорости ячеек.

Уровень АТМ расположен между физическим уровнем и уровнем адаптации АТМ. Его характеристики не зависят ни от физической среды передачи, ни от вида передаваемой информации. На уровне АТМ реализуются следующие основные функции:

· мультиплексирование и демультиплексирование ячеек;

· преобразование идентификаторов виртуальных путей и виртуальных каналов;

· генерация или удаление заголовка ячейки;

· общее управление потоком в интерфейсе "пользователь-сеть".

На передающей стороне реализуется механизм мультиплексирования ячеек, поступающих от различных источников, в единый поток пакетов АТМ. На приемной стороне механизм демультиплексирования разбивает поступающий поток на потоки, соответствующие идентификаторам виртуальных путей и виртуальных каналов. В коммутаторах ATM, в общем случае, происходит замена входящих идентификаторов виртуальных путей и виртуальных каналов на исходящие. В коммутаторах виртуальных путей происходит преобразование только идентификаторов виртуальных путей.

Функция генерации или удаления заголовка ячеек, осуществляется только в концевых точках ATM уровня. На передающей стороне к 48-ми октетному полю полезной нагрузки, поступающему с уровня адаптации ATM, добавляется 5 октет заголовка, образуя ячейку с незаполненным полем контроля ошибок в заголовке. Заполнение поля контроля ошибок заголовка является функцией физического уровня. На противоположной стороне механизм выделения заголовка удаляет его из ячейки, оставляя 48-ми октетное поле полезной нагрузки, которое передается на уровень адаптации АТМ. Общее управление потоком осуществляется только в интерфейсе "пользователь-сеть" с целью контроля нагрузки в сети доступа и защиты от перегрузок.

Биты

1

2

3

4

5

6

53

8 7 6 5 4 3 2 1

Управление потоком (GFC)		Идентификатор виртуального пути (VPI)
Идентификатор виртуального пути (продолжение)		Идентификатор виртуального пути (VCI)
Идентификатор виртуального канала (продолжение)
Идентификатор виртуального канала (продолжение)	Тип данных (PTI)		Приоритет потери пакета
Управление ошибками в заголовке (HEC)
Данные пакета

Рис.2.9. Формат ячейки ATM.

Поле данных ячейки, составляющее 48 байт, заполняется на уровне АТМ информацией верхних уровней и в процессе передачи данных никак не анализируется и не изменяется сетью. Заметим, что речь в этом смысле идет только о селлах, содержащих пользовательские данные. Когда идет процесс управления соединением или передача другой служебной информации, например, обмен маршрутными таблицами между узлами, конечно, содержимое ячейки анализируется, но это уже служебные данные. Уровень АТМ создает заголовок к каждому ячейки и добавляет его к пользовательской информации. Соответственно, на приеме заголовок анализируется и отбрасывается. Между селлами в канале нет никаких промежутков или разделительных бит - они следуют друг за другом сплошным потоком.

Поле данных пользователя никак не участвует в работе сети и сейчас нам не интересно.

Поле Управление потоком (Generic Flow Control) используется только при взаимодействии конечного узла и первого коммутатора сети. В настоящее время его точные функции не определены.

Поля Идентификатор виртуального пути (VitualPath Identifier, VPI) и Идентификатор виртуального канала (Vitual Channel Identifier, VCI) занимают соответственно 1 и 2 байта. Эти поля задают номер виртуального соединения, разделенный на старшую (VPI) и младшую (VCI) части.

Поле Идентификатор типа данных (Payload Type Identifier, PTI) состоит из 3-х бит и задает тип данных, переносимых ячейкой, - пользовательские или управляющие (например, управляющие установлением виртуального соединения). Кроме того, один бит этого поля используется для указания перегрузки в сети - он называется Explicit Congestion Forward Identifier, EFCI - и играет ту же роль, что бит FECN в технологии frame relay, то есть передает информацию о перегрузке по направлению потока данных.

Поле Приоритет потери кадра (Cell Loss Priority, CLP) играет в данной технологии ту же роль, что и поле DE в технологии frame relay - в нем коммутаторы АТМ отмечают ячейки, которые нарушают соглашения о параметрах качества обслуживания, чтобы удалить их при перегрузках сети. Таким образом, ячейки с CLP=0 являются для сети высокоприоритетными, а ячейки с CLP=1 - низкоприоритетными.

Поле Управление ошибками в заголовке (Header Error Control, НЕС) содержит контрольную сумму, вычисленную для заголовка ячейки. Контрольная сумма вычисляется с помощью техники корректирующих кодов Хэмминга, поэтому она позволяет не только обнаруживать ошибки, но и исправлять все одиночные ошибки, а также некоторые двойные. Поле НЕС обеспечивает не только обнаружение и исправление ошибок в заголовке, но и нахождение границы начала кадра в потоке байтов кадров SDH, которые являются предпочтительным физическим уровнем технологии АТМ, или же в потоке бит физического уровня, основанного на ячейках.

2.2.1. Функции уровня адаптации АТМ

Уровень адаптации ATM находится между уровнем АТМ и более высокими уровнями. Уровень адаптации ATM разбивается на два подуровня:

· сегментации;

· конвергенции.

Его основной функцией является адаптация уровня ATM к потребностям высших уровней. Основной задачей подуровня сегментации и сборки на передающей стороне является сегментация протокольных блоков данных на сегменты, подходящие для записи в информационное поле ячейки (48 октетов), и восстановление на стороне приема принимаемых блоков данных из информационных полей ячеек уровня ATM.

Подуровень конвергенции зависит от службы и предоставляет высшим уровням услуги уровня адаптации и сборки через точки доступа к услугам.

Информационные блоки данных, поступающие от каждой службы, могут быть разными, иметь специфическую структуру и предъявлять различные требования к их переносу в сети АТМ.
Для минимизации числа протоколов уровня адаптации ATM МСТ было предложено провести классификацию всех служб (приложений) по трем признакам:

· временной зависимости между источником и получателем (существует или нет), которая выражается в требованиях (нормах) ко времени доставки;

· скорости источника (источник с постоянной скоростью передачи или источник с изменяющейся скоростью передачи);

· режиму связи (с установлением соединения или без установления соединения).
Теоретически возможно получение 8-ми комбинаций служб, но МСЭ пока определено четыре (табл.2.2.).

Таблица 2.2.

Классификация служб

Типичным примером трафика класса А является передача речи с постоянной скоростью (64 кбит/с) или транспортирование по сети ATM цифровых каналов Т1 или Е1. Предоставление такой услуги в сетях ATM принято называть эмуляцией канала. Другим примером может служить передача видео с постоянной скоростью.

Отличие класса В от класса А состоит в том, что источниками трафика являются источники с изменяющейся скоростью передачи. Типичными примерами являются передача подвижных изображений и звука.

В классе С не требуется выдерживать постоянными временные характеристики по доставке пакетов. Службы ориентированы на соединения, а источники являются источниками с изменяющейся скоростью передачи. Примером может служить передача данных с установлением соединения и сигнализация.

Класс D отличается от класса С только тем, что класс D включает службы, которые не ориентированы на установление соединения. Класс D предназначен для передачи данных без установления соединения.

Для каждого класса служб разработан свой уровень адаптации АТМ.

В настоящее время организациями по стандартизации определено пять способов реализации уровня AAL - AAL 1, AAL 3/4 и AAL 5, каждый из которых предназначен для поддержки своего

Уровень адаптации ATM определяет так же четыре категории сервиса:

· CBR (постоянная - constant bit rate) используется для критичного к задержкам трафика (голосовые видеоданные), при котором данные передаются с постоянной скоростью и требуют малого времени ожидания

· VBR (переменная - variable bit rate)переменная скорость передачи. Не резервирует полосу пропускания, поэтому она используется более эффективно, чем в CBR. Однако, в отличие от CBR, VBR не может полностью гарантировать качества сервиса.

· UBR (неопределенная – unspecified bit rate) не резервирует полосу пропускания и не гарантирует качества сервиса.

· ABR (доступная - available bit rate) используется для передачи трафика, который допускает задержки.

2.3. Принципы технологии Gigabit Ethernet

До недавнего времени технология Ethernet рассматривалась только как транспортная технология для передачи данных в локальных вычислительных сетях. Однако, стремительный рост скорости от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с (и в самом ближайшем времени до 10 Гбит/с) при невысокой стоимости единицы переданной информации, относительная простота дизайна и обслуживания, обеспечивают неизбежный устойчивый интерес к технологии Ethernet

Интерес этот до поры до времени был чисто теоретическим, поскольку были неочевидны гарантии надежности в сетях Ethernet, а также отсутствовали механизмы обеспечения качества обслуживания, так необходимые в мультисервисной сети. Однако операторы решились и в таких условиях на предоставление услуг своим клиентам с помощью простой сети Gigabit Ethernet на магистрали, где «гарантиями качества обслуживания» (Quality of Service, QoS) являлась серьезная по тем временам полоса пропускания заведомо и намного превышающая весь входящий трафик.

Однако, появление концепции мультисервисных услуг на базе протокола IP, подразумевающей интеграцию данных, телефонии и, возможно, трафика видео, предъявило более серьезные требования к сети по надежности и обеспечению QoS, чем требования, которые существовали ранее. Кроме передачи обычного трафика данных, некритичного к задержкам и количеству потерянных пакетов, технологии Ethernet предстояло решить задачу передачи интегрированного трафика. Приоритет чувствительному к задержкам или требовательному к средней скорости трафику можно предоставить с помощью техники приоритетов в коммутаторах - соответствующие стандарты для коммутаторов уже приняты

Первым шагом стало появление стандарта IEEE 802.1Q/p, описывающего распределенные виртуальные сети (tag switching VLAN) и определяющего механизм приоритезации трафика на канальном уровне. Спецификация IEEE 802.1p, создаваемая в рамках процесса стандартизации 802.1Q, определяет метод передачи информации о приоритете сетевого трафика. Стандарт 802.1p специфицирует алгоритм изменения порядка расположения пакетов в очередях, с помощью которого обеспечивается своевременная доставка чувствительного к временным задержкам трафика. Несмотря на то, что стандарт был направлен на изменение ситуации в секторе виртуальных локальных и корпоративных сетях, оборудование, поддерживающее 802.1Q/p, уже тогда позволило операторам создавать группы VLAN и обеспечивать приемлемое качество обслуживания путем присвоения приоритетов виртуальным сетям (в соответствии с восемью классами). Важно подчеркнуть что стандарт IEEE 802.1Q/p это техника VLAN и приоритетов в коммутаторах, в то время как Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные собратья, на уровне протокола не будет поддерживать:

качество обслуживания;
избыточные связи;
тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае - за исключением тестирования связи порт - порт, как это делается для Ethernet l0Base-T и l0Base-F и Fast Ethernet).

Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, которая была бы идеальной для всех физических интерфейсов - так, с одной стороны, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8B/10B, а с другой стороны, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код TX/T2. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса GMII.

Рис.2.10. Структура уровней стандарта Gigabit Ethernet, GII интерфейс и трансивер Gigabit Ethernet.

GMII интерфейс. Среданезависимый интерфейс GMII (gigabit media independent interface) обеспечивает взаимодействие между уровнем MAC и физическим уровнем. GMII интерфейс является расширением интерфейса MII и может поддерживать скорости 10, 100 и 1000 Мбит/с. Он имеет отдельные 8 битные приемник и передатчик, и может поддерживать как полудуплексный, так и дуплексный режимы. Кроме этого, GMII интерфейс несет один сигнал, обеспечивающий синхронизацию (clock signal), и два сигнала состояния линии - первый (в состоянии ON) указывает наличие несущей, а второй (в состоянии ON) говорит об отсутствии коллизий - и еще несколько других сигнальных каналов и питание. Трансиверный модуль, охватывающий физический уровень и обеспечивающий один из физических средазависимых интерфейсов, может подключать например к коммутатору Gigabit Ethernet посредством GMII интерфейса.

Подуровень физического кодирования PCS. При подключении интерфейсов группы 1000Base-X, подуровень PCS использует блочное избыточное кодирование 8B10B, заимствованное из стандарта ANSI X3T11 Fibre Channel. Аналогичного рассмотренному стандарту FDDI, только на основе более сложной кодовой таблицы каждые 8 входных битов, предназначенных для передачи на удаленный узел, преобразовываются в 10 битные символы (code groups). Кроме этого в выходном последовательном потоке присутствуют специальные контрольные 10 битные символы. Примером контрольных символов могут служить символы, используемые для расширения носителя (дополняют кадр Gigabit Ethernet до его минимально размера 512 байт). При подключении интерфейса 1000Base-T, подуровень PCS осуществляет специальное помехоустойчивое кодирование, для обеспечения передачи по витой паре UTP Cat.5 на расстояние до 100 метров -линейный код TX/T2, разработанный компанией Level One Communications.

Два сигнала состояния линии - сигнал наличие несущей и сигнал отсутствие коллизий - генерируются этим подуровнем.

Подуровни PMA и PMD. Физический уровень Gigabit Ethernet использует несколько интерфейсов, включая традиционную витую пару категории 5, а также многомодовое и одномодовое волокно. Подуровень PMA преобразует параллельный поток символов от PCS в последовательный поток, а также выполняет обратное преобразование (распараллеливание) входящего последовательного потока от PMD. Подуровень PMD определяет оптические/электрические характеристики физических сигналов для разных сред. Всего определяются 4 различный типа физических интерфейса среды, которые отражены в спецификация стандарта 802.3z (1000Base-X) и 802.3ab (1000Base-T), (рис.2.11).

Рис.2.11. Физические интерфейсы стандарта Gigabit Ethernet

Уровень MAC стандарта Gigabit Ethernet использует тот же самый протокол передачи CSMA/CD что и его предки Ethernet и Fast Ethernet. Основные ограничения на максимальную длину сегмента (или коллизионного домена) определяются этим протоколом.

В стандарте Ethernet IEEE 802.3 принят минимальный размер кадра 64 байта. Именно значение минимального размера кадра определяет максимальное допустимое расстояние между станциями (диаметр коллизионного домена). Время, которого станция передает такой кадр - время канала - равно 512 BT или 51,2 мкс. Максимальная длина сети Ethernet определяется из условия разрешения коллизий, а именно время, за которое сигнал доходит до удаленного узла и возвращается обратно RDT не должно превышать 512 BT (без учета преамбулы).

При переходе от Ethernet к Fast Ethernet скорость передачи возрастает, а время трансляции кадра длины 64 байта соответственно сокращается - оно равно 512 BT или 5,12 мкс (в Fast Ethernet 1 BT = 0,01 мкс). Для того, чтобы можно было обнаруживать все коллизии до конца передачи кадра, как и раньше необходимо удовлетворить одному из условий:

сохранить прежнюю максимальную длину сегмента, но увеличить время канала (и следовательно увеличить минимальную длину кадра), или;
сохранить время канала, (сохранить прежний размер кадра), но уменьшить максимальную длину сегмента.

В Fast Ethernet был оставлен такой же минимальный размер кадра, как в Ethernet. Это сохранило совместимость, но привело к значительному уменьшению диаметра коллизионного домена.

Опять же в силу преемственности стандарт Gigabit Ethernet должен поддерживать те же минимальный и максимальный размеры кадра, которые приняты в Ethernet и Fast Ethernet. Но поскольку скорость передачи возрастает, то соответственно уменьшается и время передачи пакета аналогичной длины. При сохранении прежней минимальной длины кадра это привело бы к уменьшению диаметра сети, который не превышал бы 20 метров, что могло быть мало полезным. Поэтому, при разработке стандарта Gigabit Ethernet было принято решение увеличить время канала. В Gigabit Ethernet оно составляет 4096 BT и в 8 раз превосходит время канала Ethernet и Fast Ethernet. Но, чтобы поддержать совместимость со стандартами Ethernet и Fast Ethernet, минимальный размер кадра не был увеличен, а было добавлено к кадру дополнительное поле, получившее название "расширение носителя".

Символы в дополнительном поле обычно не несут служебной информации, но они заполняют канал и увеличивают "коллизионное окно". В результате, коллизия будет регистрироваться всеми станциями при большем диаметре коллизионного домена.

Если станция желает передать короткий (меньше 512 байт) кадр, то при передаче добавляется это поле - расширение носителя, дополняющее кадр до 512 байт. Поле контрольной суммы вычисляется только для оригинального кадра и не распространяется на поле расширения. При приеме кадра поле расширения отбрасывается. Поэтому уровень LLC даже и не знает о наличии поля расширения. Если размер кадра равен или превосходит 512 байт, то поле расширения носителя отсутствует. На рисунке 2.12 показан формат кадра Gigabit Ethernet при использовании расширения носителя.

Рис.2.12. Формат кадра Gigabit Ethernet при использовании расширения носителя.

Технология Gigabit Ethernet добавила новую, 1000 Мбит/с, ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети масштабов MAN, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности. На рис. 2.13. представлено семейство стандартов Gigabit Ethernet

Рис.2.13. Семейство стандартов 10 Gigabit Ethernet.

3. Принципы технологии TCP/IP, MPLS и сравнительный анализ технологий передачи данных

3.1. Принципы технологии TCP/IP

Под термином "TCP/IP" обычно понимают все, что связано с протоколами TCP и IP. Это не только собственно сами протоколы с указанными именами, но и протоколы, построенные на использовании TCP и IP, и прикладные программы.

Главной задачей стека TCP/IP является объединение в сеть пакетных подсетей через шлюзы. Каждая сеть работает по своим собственным законам, однако, предполагается, что шлюз может принять пакет из другой сети и доставить его по указанному адресу. Реально, пакет из одной сети передается в другую подсеть через последовательность шлюзов, которые обеспечивают сквозную маршрутизацию пакетов по всей сети. В данном случае, под шлюзом понимается точка соединения сетей. При этом соединяться могут как локальные сети, так и глобальные сети. В качестве шлюза могут выступать как специальные устройства, маршрутизаторы, например, так и компьютеры, которые имеют программное обеспечение, выполняющее функции маршрутизации пакетов. Маршрутизация - это процедура определения пути следования пакета из одной сети в другую.

Такой механизм доставки становится возможным благодаря реализации во всех узлах сети протокола межсетевого обмена IP. Если обратиться к истории создания сети Internet, то с самого начала предполагалось разработать спецификации сети коммутации пакетов. Это" значит, что любое сообщение, которое отправляется по сети, должно быть при отправке "нашинковано" на фрагменты. Каждый из фрагментов должен быть снабжен адресами отправителя и получателя, а также номером этого пакета в последовательности пакетов, составляющих все сообщение в целом. Такая система позволяет на каждом шлюзе выбирать маршрут, основываясь на текущей информации о состоянии сети, что повышает надежность системы в целом. При этом каждый пакет может пройти от отправителя к получателю по своему собственному маршруту. Порядок получения пакетов получателем не имеет большого значения, т.к. каждый пакет несет в себе информацию о своем месте в сообщении. При создании этой системы принципиальным было обеспечение ее живучести и надежной доставки сообщений.

При рассмотрении процедур межсетевого взаимодействия всегда опираются на стандарты, разработанные International Standard Organization (ISO). Эти стандарты получили название "Семиуровневой модели сетевого обмена" или в английском варианте "Open System Interconnection Reference Model" (OSI Ref.Model). В данной модели обмен информацией может быть представлен в виде стека, рассмотренного на рисунке 3.1. Как видно из рисунка, в этой модели определяется все - от стандарта физического соединения сетей до протоколов обмена прикладного программного обеспечения. Дадим некоторые комментарии к этой модели.

Рис. 3.1 Семиуровневая модель протоколов межсетевого обмена OSI

Физический уровень данной модели определяет характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Это такие параметры, как: напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах и т.п. Типичными стандартами этого уровня являются, например RS232C, V35, IEEE 802.3 и т.п.

К канальному уровню отнесены протоколы, определяющие соединение, например, SLIP (Strial Line Internet Protocol), PPP (Point to Point Protocol), NDIS, пакетный протокол, QDI и т.п. В данном случае речь идет о протоколе взаимодействия между драйверами устройств и устройствами, с одной стороны, а с другой стороны, между операционной системой и драйверами устройства. Такое определение основывается на том, что драйвер - это, фактически, конвертор данных из одного формата в другой, но при этом он может иметь и свой внутренний формат данных.

К сетевому (межсетевому) уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение данных, или, другими словами, за соединение отправителя и получателя. Вообще говоря, эта терминология пошла от сетей коммутации каналов, когда отправитель и получатель действительно соединяются на время работы каналом связи. Применительно к сетям TCP/IP, такая терминология не очень приемлема, К этому уровню в TCP/IP относят протокол IP (Internet Protocol). Именно здесь определяется отправитель и получатель, именно здесь находится необходимая информация для доставки пакета по сети.

Транспортный уровень отвечает за надежность доставки данных, и здесь, проверяя контрольные суммы, принимается решение о сборке сообщения в одно целое, В Internet транспортный уровень представлен двумя протоколами TCP (Transport Control Protocol) и UDP (User Datagramm Protocol). Если предыдущий уровень (сетевой) определяет только правила доставки информации, то транспортный уровень отвечает за целостность доставляемых данных.

Уровень сессии определяет стандарты взаимодействия между собой прикладного программного обеспечения. Это может быть некоторый промежуточный стандарт данных или правила обработки информации. Условно к этому уровню можно отнеси механизм портов протоколов TCP и UDP и Berkeley Sockets. Однако обычно, в рамках архитектуры TCP/IP такого подразделения не делают.

Уровень обмена данными с прикладными программами необходим для преобразования данных из промежуточного формата сессии в формат данных приложения. В Internet это преобразование возложено на прикладные программы.

Уровень прикладных программ или приложений определяет протоколы обмена данными этих прикладных программ. В Internet к этому уровню могут быть отнесены такие протоколы, как: FTP, TELNET, HTTP, GOPHER и т.п.

Вообще говоря, стек протоколов TCP отличается от только что рассмотренного стека модели OSI. Обычно его можно представить в виде схемы, рассмотренной на рисунке 3.2.

Рис. 3.2. Структура стека протоколов TCP/IP

В этой схеме на уровне доступа к сети располагаются все протоколы доступа к физическим устройствам. Выше располагаются протоколы межсетевого обмена IP, ARP, ICMP. Ещё выше основные транспортные протоколы TCP и UDP, которые кроме сбора пакетов в сообщения еще и определяют какому приложению необходимо данные отправить или от какого приложения необходимо данные принять. Над транспортным уровнем располагаются протоколы прикладного уровня, которые используются приложениями для обмена данными. Базируясь на классификации OSI (Open System Integration) всю архитектуру протоколов семейства TCP/IP попробуем сопоставить с эталонной моделью (рисунок 3.3).

Рис. 3.3. Схема модулей, реализующих протоколы семейства TCP/IP в узле сети.

Прямоугольниками на схеме обозначены модули, обрабатывающие пакеты, линиями - пути передачи данных. Прежде чем обсуждать эту схему, введем необходимую для этого терминологию.

Драйвер - программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером.

Модуль - это программа, взаимодействующая с драйвером, с сетевыми прикладными программами или с другими модулями.

Схема приведена для случая подключения узла сети через локальную сеть Ethernet, поэтому названия блоков данных будут отражать эту специфику.

Сетевой интерфейс - физическое устройство, подключающее компьютер к сети. В нашем случае - карта Ethernet.

Кадр - это блок данных, который принимает/отправляет сетевой интерфейс.

IP-пакет - это блок данных, которым обменивается модуль IP с сетевым интерфейсом.

UDP-датаграмма - блок данных, которым обменивается модуль IP с модулем UDP.

ТСР-сегмент - блок данных, которым обменивается модуль IP с модулем TCP.

Прикладное сообщение - блок данных, которым обмениваются программы сетевых приложений с протоколами транспортного уровня.

Инкапсуляция - способ упаковки данных в формате одного протокола в формат другого протокола. Например, упаковка IP-пакета в кадр Ethernet или ТСР-сегмента в IP-пакет. Согласно словарю иностранных слов термин "инкапсуляция" означает "образование капсулы вокруг чужих для организма веществ (инородных тел, паразитов и т.д.)". В рамках межсетевого обмена понятие инкапсуляции имеет несколько расширенный смысл. Если в случае инкапсуляции IP в Ethernet речь идет действительно о помещении пакета IP в качестве данных Ethernet-фрейма, или, в случае инкапсуляции TCP в IP, помещение ТСР-сегмента в качестве данных в IP-пакет, то при передаче данных по коммутируемым каналам происходит дальнейшая "нарезка" пакетов теперь уже на пакеты SLIP или фреймы РРР.

Рис. 3.4. Инкапсуляция протоколов верхнего уровня в протоколы TCP/IP

Вся схема (рисунок 3.4) называется стеком протоколов TCP/IP или просто стеком TCP/IP. Чтобы не возвращаться к названиям протоколов расшифруем аббревиатуры TCP, UDP, ARP, SLIP, РРР, FTP, TELNET, RPC, TFTP, DNS, RIP, NFS:

TCP - Transmission Control Protocol - базовый транспортный протокол, давший название всему семейству протоколов TCP/IP.

UDP - User Datagram Protocol - второй транспортный протокол семейства TCP/IP. Различия между TCP и UDP будут обсуждены позже.

ARP - Address Resolution Protocol - протокол используется для определения соответствия IP-адресов и Ethernet-адресов.

SLIP - Serial Line Internet Protocol (Протокол передачи данных по телефонным линиям).

РРР - Point to Point Protocol (Протокол обмена данными "точка-точка"),

FTP - File Transfer Protocol (Протокол обмена файлами).

TELNET - протокол эмуляции виртуального терминала.

RPC - Remote Process Control (Протокол управления удаленными процессами).

TFTP - Trivial File Transfer Protocol (Тривиальный протокол передачи файлов).

DNS - Domain Name System (Система доменных имен).

RIP - Routing Information Protocol (Протокол маршрутизации).

NFS - Network File System (Распределенная файловая система и система сетевой печати).

При работе с такими программами прикладного уровня, как FTP или telnet, образуется стек протоколов с использованием модуля TCP, представленный на рисунке 3.5.

Рис. 3.5. Стек протоколов при использовании модуля TCP

При работе с прикладными программами, использующими транспортный протокол UDP, например, программные средства Network File System (NFS), используется другой стек, где вместо модуля TCP будет использоваться модуль UDP (рисунок 3.6).

Рис. 3.6. Стек протоколов при работе через транспортный протокол UDP

При обслуживании блочных потоков данных модули TCP, UDP и драйвер ENET работают как мультиплексоры, т.е. перенаправляют данные с одного входа на несколько выходов и, наоборот, с многих входов на один выход. Так, драйвер ENET может направить кадр либо модулю IP, либо модулю ARP, в зависимости от значения доля "тип" в заголовке кадра. Модуль IP может направить IP-пакет либо модулю TCP, либо модулю UDP, что определяется полем "протокол" в заголовке пакета.

Получатель UDP-датаграммы или TCP-сообщения определяется на основании значения поля "порт" в заголовке датаграммы или сообщения.

Все указанные выше значения прописываются в заголовке сообщения модулями на отправляющем компьютере. Так как схема протоколов - это дерево, то к его корню ведет только один путь, при прохождении которого каждый модуль добавляет свои данные в заголовок блока. Машина, принявшая пакет, осуществляет демультиплексирование в соответствии с этими отметками.

Технология Internet поддерживает разные физические среды, из которых самой распространенной является Ethernet. В последнее время большой интерес вызывает подключение отдельных машин к сети через ТСР-стек по коммутируемым (телефонным) каналам. С появлением новых магистральных технологий типа ATM или Frame Relay активно ведутся исследования по инкапсуляции TCP/IP в эти протоколы. На сегодняшний день многие проблемы решены и существует оборудование для организации TCP/IP сетей через эти системы.

Рассмотрим основные протоколы стека TCP/IP

Первыми будут рассмотрены протоколы канального уровня SLIP и РРР, Это единственные протоколы этого уровня которые будут нами рассмотрены, так как были разработаны в рамках Internet и для Internet. Другие протоколы, например, NDIS или ODI, мы рассматривать не будем, т.к. они создавались под другие сети, хотя и могут использоваться в сетях TCP/IP так же, как, например, и пакетный протокол.

Протоколы SLIP и РРР

Интерес к этим двум протоколам вызван тем, что они применяются как на коммутируемых, так и на выделенных телефонных каналах. При помощи этих каналов к сети подключается большинство индивидуальных пользователей, а также небольшие локальные сети. Такие линии связи могут обеспечивать скорость передачи данных до 115200 битов за секунду.

Протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol). Технология TCP/IP позволяет организовать межсетевое взаимодействие, используя различные физические и канальные протоколы обмена данными (IEEE 802,3 - ethernet, IEEE 802.5 -token ring, X.25 и т.п.). Однако без обмена данными по телефонным линиям связи с использованием обычных модемов популярность Internet была бы значительно ниже. Большинство пользователей Сети используют свой домашний телефон в качестве окна в мир компьютерных сетей, подключая компьютер через модем к модемному пулу компании, предоставляющей IP-услуги или к своему рабочему компьютеру. Наиболее простым способом, обеспечивающим полный IP-сервис, является подключение через последовательный порт персонального компьютера по протоколу SLIP.

Согласно RFC-1055, впервые SLIP был включен в качестве средства доступа к IP-сети в пакет фирмы 3COM - UNET. В 1984 году Рик Адамс (Rick Adams) реализовал SLIP для BSD 4.2, и таким образом, SLIP стал достоянием всего IP-сообщества.

Обычно, этот протокол применяют как на выделенных, так и на коммутируемых линиях связи со скоростями от 1200 до 19200 бит в секунду. Если модемы позволяют больше, то скорость можно "поднять", т.к. современные персональные компьютеры позволяют передавать данные в порт со скоростью 115200 битов за секунду. Однако при определении скорости обмена данными следует принимать во внимание, что при передаче данных по физической линии данные подвергаются преобразованиям: компрессии и защите от ошибок на линии. Такое преобразование заставляет определять меньшую скорость на линии, чем скорость порта. Следует отметить, что среди условно-свободно распространяемых программных IP-стеков (FreeWare), Trumpet Winsock, например, обязательно включена поддержка SLIP-коммуникаций. Такие операционные системы, как FreeBSD, Linux, NetBSD, которые можно свободно скопировать и установить на своем персональном компьютере, или HP-UX, которая поставляется вместе с рабочими станциями Hewlett Packard, имеют в своем арсенале программные средства типа sliplogin (FreeBSD) или sip (HP-UX), обеспечивающими работу компьютера в качестве SLIP-сервера для удаленных пользователей, подключающихся к IP-сети по телефону. В протоколе SLIP нет определения понятия "SLIP-сервер", но реальная жизнь вносит коррективы в стандарты. В контексте нашего изложения "SLIP-клиент" - это компьютер инициирующий физическое соединение, a "SLIP-сервер" - это машина, постоянно включенная в IP-сеть. В главе, посвященной организации IP-сетей и подключению удаленных компьютеров, будет подробно рассказано о различных способах подключения по SLIP-протоколу, поэтому, не останавливаясь на деталях такого подключения, перейдем к обсуждению самого протокола SLIP.

В отличие от Ethernet, SLIP не "заворачивает" IP-пакет в свою обертку, а "нарезает" его на "кусочки". При этом делает это довольно примитивно. SLIP-пакет начинается символом ESC (восьмеричное 333 или десятичное 219) и кончается символом END (восьмеричное 300 или десятичное 192). Если внутри пакета встречаются эти символы, то они заменяются двухбайтовыми последовательностями ESC-END (333 334) и ESC-ESC (333 335). Стандарт не определяет размер SLIP-пакета, поэтому любой SLIP-интерфейс имеет специальное поле, в котором пользователь должен указать эту длину. Однако в стандарте есть указание на то, что BSD SLIP драйвер поддерживает пакеты длиной 1006 байт, поэтому "современные" реализации SLIP-программ должны поддерживать эту длину пакетов. SLIP-модуль не анализирует поток данных и не выделяет какую-либо информацию в этом потоке. Он просто "нарезает" ее на "кусочки", каждый из которых начинается символом ESC, а кончается символом END. Из приведенного выше описания понятно, что SLIP не позволяет выполнять какие-либо действия, связанные с адресами, т.к. в структуре пакета не предусмотрено поле адреса и его специальная обработка. Компьютеры, взаимодействующие по SLIP, обязаны знать свои IP-адреса заранее. SLIP не позволяет различать пакеты по типу протокола, например, IP или DECnet. Вообще-то, при работе по SLIP предполагается использование только IP (Serial Line IP все-таки), но простота пакета может быть соблазнительной и для других протоколов. В SLIP нет информации, позволяющей корректировать ошибки линии связи. Коррекция ошибок возлагается на протоколы транспортного уровня - TCP, UDP. В стандартном SLIP не предусмотрена компрессия данных, но существуют варианты протокола с такой компрессией. По поводу компрессии следует заметить следующее: большинство современных модемов, поддерживающих стандарты V.42bis и MNP5, осуществляют аппаратную компрессию. При этом практика работы по нашим обычным телефонным каналам показывает, что лучше отказаться от этой компрессии и работать только с автоматической коррекцией ошибок, например MNP4 или V.42. Вообще говоря, каждый должен подобрать тот режим, который наиболее устойчив в конкретных условиях работы телефонной сети (вплоть до времени года и частоты аварий на теплотрассах).

Соединения типа "точка-точка" - протокол РРР (Point to Point Protocol).

PPP - этот протокол моложе, чем SLIP. Однако, назначение у него то же самое - управление передачей данных по выделенным или коммутируемым линиям связи. Согласно RFC-1661, РРР обеспечивает стандартный метод взаимодействия двух узлов сети. Предполагается, что обеспечивается двунаправленная одновременная передача данных. Как и в SLIP, данные "нарезаются" на фрагменты, которые называются пакетами. Пакеты передаются от узла к узлу упорядоченно. В отличие от SLIP, РРР позволяет одновременно передавать по линии связи пакеты различных протоколов. Кроме того, РРР предполагает процесс автоконфигурации обеих взаимодействующих сторон. Собственно говоря, РРР состоит из трех частей: механизма инкапсуляции (encapsulation), протокола управления соединением (link control protocol) и семейства протоколов управления сетью (network control protocols).

При обсуждении способов транспортировки данных при межсетевом обмене часто применяется инкапсуляция, например, инкапсуляция IP в Х.25. С инкапсуляцией TCP в IP мы уже встречались. Инкапсуляция обеспечивает мультиплексирование различных сетевых протоколов (протоколов межсетевого обмена, например IP) через один канал передачи данных. Инкапсуляция РРР устроена достаточно эффективно, например, для передачи HDLC фрейма требуется всего 8 дополнительных байтов (8 октетов, согласно терминологии РРР). При других способах разбиения информации на фреймы число дополнительных байтов может быть сведено до 4 или даже 2. Для обеспечения быстрой обработки информации граница РРР пакета должна быть кратна 32 битам. При необходимости в конец пакета для выравнивания на 32-битовую границу добавляется "балласт". Вообще говоря, понятие инкапсуляции в терминах РРР - это не только добавление служебной информации к транспортируемой информации, но, если это необходимо, разбиение этой информации на более мелкие фрагменты.

Под датаграммой в РРР понимают информационную единицу сетевого уровня, применительно к IP - IP-пакет. Под фреймом понимают информационную единицу канального уровня (согласно модели OSI). Фрейм состоит из заголовка и хвоста, между которыми содержатся данные. Датаграмма может быть инкапсулирована в один или несколько фреймов. Пакетом называют информационную единицу обмена между модулями сетевого и канального уровня. Обычно, каждому пакету ставится в соответствие один фрейм, за исключением тех случаев, когда канальный уровень требует еще большей фрагментации данных или, наоборот, объединяет пакеты для более эффективной передачи. Типичным случаем фрагментации являются сети ATM. В упрощенном виде РРР-фрейм показан на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 PPP-фрейм

В поле "протокол" указывается тип инкапсулированной датаграммы. Существуют специальные правила кодирования протоколов в этом поле (cm.iso 3309 и RFC-1661). В поле "информация" записывается собственно пакет данных, а в поле "хвост" добавляется "пустышка" для выравнивания на 32-битовую границу. По умолчанию для фрейма РРР используется 1500 байтов. В это число не входит поле "протокол".

Протокол управления соединением предназначен для установки соглашения между узлами сети о параметрах инкапсуляции (размер фрейма, например). Кроме этого, протокол позволяет проводить идентификацию узлов. Первой фазой установки соединения является проверка готовности физического уровня передачи данных. При этом такая проверка может осуществляться периодически, позволяя реализовать механизм автоматического восстановления физического соединения как это бывает при работе через модем по коммутируемой линии. Если физическое соединение установлено, то узлы начинают обмен пакетами протокола управления соединением, настраивая параметры сессии. Любой пакет, отличный от пакета протокола управления соединением, не обрабатывается во время этого обмена. После установки параметров соединения возможен переход к идентификации. Идентификация не является обязательной. После всех этих действий происходит настройка параметров работы с протоколами межсетевого обмена (IP, IPX и т.п.). Для каждого из них используется свой протокол управления. Для завершения работы по протоколу РРР по сети передается пакет завершения работы протокола управления соединением.

Процедура конфигурации сетевых модулей операционной системы для работы по протоколу РРР более сложное занятие, чем аналогичная процедура для протокола SLIP. Однако, возможности РРР соединения гораздо более широкие. Так, например, при работе через модем модуль РРР, обычно, сам восстанавливает соединение при потере несущей частоты. Кроме того, модуль РРР сам определяет параметры своих фреймов, в то время как при SLIP их надо подбирать вручную. Правда, если настраивать оба конца, то многие проблемы не возникают из-за того, что параметры соединения известны заранее. Более подробно с протоколом РРР можно познакомиться в RFC-1661 и RFC-1548.

Протокол ARP. Отображение канального уровня на уровень межсетевого обмена

Address Resolution Protocol используется для определения соответствия IP-адреса адресу Ethernet. Протокол используется в локальных сетях. Отображение осуществляется только в момент отправления IP-пакетов, так как только в этот момент создаются заголовки IP и Ethernet. Отображение адресов осуществляется путем поиска в ARP-таблице 3.1. Упрощенно, ARP-таблица состоит из двух столбцов:

Таблица 3.1

IP-адрес

Ethernet-адрес

223.1.2.1

08:00:39:00:2F:C3

223.1.2.3

08:00:5A:21:A7:22

223.1.2.4

08:00:10:99:AC:54

В первом столбце содержится IP-адрес, а во втором Ethernet-адрес. Таблица соответствия необходима, так как адреса выбираются произвольно и нет какого-либо алгоритма для их вычисления. Если машина перемещается в другой сегмент сети, то ее ARP-таблица должна быть изменена.

ARP-таблица заполняется автоматически, что хорошо видно из приведенного ранее примера. Если нужного адреса в таблице нет, то в сеть посылается широковещательный запрос типа "чей это IP-адрес?". Все сетевые интерфейсы получают этот запрос, но отвечает только владелец адреса. При этом существует два способа отправки IP-пакета, для которого ищется адрес: пакет ставится в очередь на отправку или уничтожается. В первом случае за отправку отвечает модуль ARP, а во втором случае модуль IP, который повторяет посылку через некоторое время. Широковещательный запрос выглядит так:

IP-адрес отправителя 223.1.2.1

Ethernet-адрес отправителя 08:00:39:00:2F:C3

Искомый IP-адрес 222.1.2.2

Искомый Ethernet-адрес <пусто>

Ответ машины, чей адрес ищется, будет выглядеть следующим образом:

IP-адрес отправителя 222.1.2.2

Ethernet-адрес отправителя 08:00:28:00:38:А9

IP-адрес получателя 223.1.2.1

Ethernet-адрес получателя 08:00:39:00:2F:C3

Полученный таким образом адрес будет добавлен в ARP-таблицу.

Следует отметить, что если искомого IP-адреса нет в локальной сети и сеть не соединена с другой сетью шлюзом, то разрешить запрос не удается. IP-модуль будет уничтожать такие пакеты, обычно по time-out (превышен лимит времени на разрешение запроса). Модули прикладного уровня, при этом, не могут отличить физического повреждения сети от ошибки адресации.

Однако в современной сети Internet, как правило, запрашивается информация с узлов, которые реально в локальную сеть не входят. В этом случае для разрешения адресных коллизий и отправки пакетов используется модуль IP. Если машина соединена с несколькими сетями, т.е. она является шлюзом, то в таблицу ARP вносятся строки, которые описывают как одну, так и другую IP-сети. При использовании Ethernet и IP каждая машина имеет как минимум один адрес Ethernet и один IP-адрес. Собственно Ethernet-адрес имеет не компьютер, а его сетевой интерфейс. Таким образом, если компьютер имеет несколько интерфейсов, то это автоматически означает, что каждому интерфейсу будет назначен свой Ethernet-адрес. IP-адрес назначается для каждого драйвера сетевого интерфейса. Иначе говоря, каждой сетевой карте Ethernet соответствуют один Ethernet-адрес и один IP-адрес. IP-адрес уникален в рамках всего Internet.

3.2. Принципы технологии MPLS

Несомненно, что возрастающий спрос клиентов на предлагаемые мультимедийные услуги повлек за собой появление различных технологий, предлагающих данные виды сервиса. Востребованность таких услуг привела к революционному изменению современных телекоммуникационных сетей и задачей любого оператора и провайдера услуг становится нахождение оптимального способа их предоставления с наибольшей выгодой для себя и с наилучшим качеством для заказчика. Это должны быть надежные, безопасные сети, отвечающие требованиям по качеству обслуживания при передаче разнотипного трафика. Среди вновь появляющихся технологий выделяется технология многопротокольной коммутации по меткам MPLS. Эта технология обладает большой гибкостью в предоставлении новых услуг, масштабируемостью и рядом других достоинств. На базе MPLS активно разрабатываются и внедряются такие подходы к предоставлению широкополосных услуг VPN – MPLS, VPLS. Несмотря на свой относительно молодой возраст, она стала уже очень популярной при построении мультисервисных сетей. Успех технологии MPLS вызван тем, что она позволяет эффективно управлять сетями, построенными на базе наиболее значимого и распространённого протокола – IP. Эта технология сейчас внедряется в сетях многих компаний Узбекистана, а в высокоразвитых странах начинает доминировать в сетях передачи данных. Предоставление широкополосных услуг возможно при мощной инфраструктуры опорной сети оператора. MPLS – технология магистральных сетей в которых сетевая структура базируется на понятии виртуальные сети, позволяющие разделить пользователей узкополосных и широкополосных услуг, управлять качеством при предоставлении широкополосных услуг и оптимизировать использование ресурсов сети.

За развитие MPLS отвечает рабочая группа с одноименным названием, входящая в секцию по маршрутизации консорциума IETF. Каждый пакет при использовании на сетевом уровне протокола, не предусматривающего создания виртуальных соединений, на своем пути следования передается независимо от одного маршрутизатора к другому.

При определении маршрута следования пакета каждый маршрутизатор тратит свои ресурсы на анализ IP-заголовка. Возможность избежать этих затрат позволяет реализовать передачу пакетов по сети значительно быстрее. В качестве технологии, обеспечивающей ускоренную передачу пакетов по сети, применяется технология MPLS. MPLS (Multiprotocol Label Switching) – это технология многопротокольной коммутации на основе меток.

Основной ценностью технологии MPLS является возможность организации в IP сети «виртуальных каналов», а также возможность переноса трафика одной сессии по нескольким «виртуальным каналам». «Multiprotocol» в названии технологии означает многопротокольный. Это говорит о том, что технология MPLS применима к любому протоколу сетевого уровня, т.е. MPLS – это своего рода инкапсулирующий протокол, способный транслировать информацию множества других протоколов высших уровней модели OSI. Технология MPLS остается независимой от протоколов уровней 2 и 3 в сетях IP, ATM и Frame Relay, а также, взаимодействует с существующими протоколами маршрутизации, такими как протокол резервирования ресурсов RSVP или сетевой протокол преимущественного выбора кратчайших маршрутов OSPF.

Комитет IETF определил три основные элемента технологии MPLS:

метка
FEC – класс эквивалентной пересылки
LSP – коммутируемый по меткам тракт

Рассмотрим каждый из них подробно.

Метка - это идентификатор фиксированной длины, определяющий класс эквивалентной пересылки FEC. Метки имеют локальное значение, т.е. привязка метки к FEC используется только для пары маршрутизаторов. Метка используется для пересылки пакетов от верхнего маршрутизатора к нижнему, где, являясь входящей, заменяется на исходящую метку, имеющую также локальное значение на следующем участке пути.

Метка передается в составе любого пакета, при этом ее место в пакете зависит от используемой технологии канального уровня.

Протокол MPLS поддерживает различные типы меток: это может быть 4-байтовая метка MPLS, которая вставляется между заголовками канального и сетевого уровня. Это может быть метка идентификаторов виртуального канала и виртуального пути (VCI/VPI) или метка идентификатора соединения канального уровня (DLCI). Формат метки продемонстрирован на рисунке 3.8.

Рис.3.8. Формат MPLS-метки

Размер метки составляет 4 байта. Идентификатор самой метки занимает первые 20 бит.

Информация об уровне качества обслуживания в сети MPLS может передаваться в поле CoS, занимающем следующие три бита в поле метки. Это поле необходимо предназначено предоставления дифференцированных услуг в сети MPLS.

Последний бит (S) третьего байта используется для указания окончания стека меток. Четвертый байт в формате поля метки занимает параметр TTL (Time to Live), который огнаничивает предельное время, существования пакета в сети, для защиты от образования петель и ограничения области распространения пакета.

Пакет, передаваемый по сети MPLS, как правило, содержит не одну, а несколько меток. Такой набор меток образует стек. Основное назначение стека меток – поддержание древовидности множества трактов LSP, заканчивающихся в одном входном LSR, а, кроме того, в том, чтобы использовать метки при создании так называемых LSP-туннелей. Пример назначения стека меток показан на рисунке 3.9.

Рис.3.9. Пример назначения стека меток

Свойство древовидности сводится к следующему: если в одном LSR сливается несколько потоков пакетов, то этот LSR не заменяет метки, связанные с этими потоками, а оставляет их, помещая сверху метку нового FEC, который соответствует объединенному потоку пакетов, образующемуся в результате слияния.

У последней метки в стеке значение поля "S" равно 1 (на рисунке это метка MPLS №1). У остальных меток (метка MPLS №2 и №3) значение поля "S" равно 0. Стек меток используется для реализации дополнительных возможностей сети на базе MPLS, например MPLS/VPN или MPLS/TrafficEnenirring.

Метки в стеке располагаются по принципу «последний пришел – первый вышел». Каждый маршрутизатор работает только с верхней меткой. Остальные метки стека передаются прозрачно до удаления вышестоящей.

Для переадресации пакета, поступающего на один из интерфейсов маршрутизатора, необходимо проведение двух процедур:

во-первых, необходимо определить следующий шаг маршрутизации;
во-вторых, нужно знать, какая операция требуется для стека меток.

Это может быть операция извлечения метки из стека, замены метки в стеке.

После того, как из стека меток будет удалена последняя метка, дальнейшая обработка пакетов должна осуществляться на основе заголовка сетевого уровня.

Для создания таблиц коммутации по меткам используются разные методы:

метод на основе топологии. Для создания таблиц в этом случае используются стандартные протоколы маршрутизации. К таким протоколам относятся OSPF, IS-IS, BGP.
метод на основе запросов. Данный метод основан на работе управляющего протокола, на основе запросов (например, протокол RSVP).
метод на основе трафика. В данном варианте создания меток процедура назначения и распределения меток запускается только после поступления пакета.

FEC - это форма представления группы пакетов с одинаковыми требованиями к передаче по сети.

Как говорилось ранее, в заголовке IP-пакета содержится гораздо больше информации, чем требуется для выбора следующего маршрутизатора. Этот выбор можно организовать путем выполнения следующих двух групп функций в маршрутизаторе:

маршрутизатор относит пакет к определенному классу FEC.
ставит в соответствие каждому FEC следующий шаг маршрутизации.

В MPLS пакет ставится в соответствие определенному классу FEC только один раз на входе в сеть MPLS. Этому FEC присваивается метка, передаваемая затем вместе с пакетом при его пересылке к следующему маршрутизатору. В остальных маршрутизаторах заголовок пакета не анализируется. Определение FECs реализуется на основе требований к обслуживанию данной совокупности пакетов или просто адресного префикса.

Класс FEC представляет собой набор FEC-элементов, каждый из которых идентифицируется определенной меткой. На сегодняшний день для международного использования определено всего два FEC-элемента: Address Prefix и Host Address, но конкретные реализации учитывают массу других параметров.

При соотнесении пакетов по различным FEC большую роль играют IP-адреса, приоритеты обслуживания и другие параметры трафика. Каждый FEC обрабатывается отдельно, что позволяет поддерживать требуемое качество обслуживания в сети MPLS.

Коммутируемый по меткам тракт (LSP) – это последовательность MPLS- маршрутизаторов и последовательность меток в них. По сути LSP представляет собой виртуальный канал в сети передачи данных.

Набор пакетов, передаваемый по LSP, относится к одному FEC, и каждый маршрутизатор LSR в LSP назначает для него свою метку. Иногда поток данных может быть настолько велик, что для него создается несколько LSP между отправителем и получателем. Возможны два варианта создания LSP: по принципу hop-by-hop, который предполагает, что каждый маршрутизатор самостоятельно выбирает дальнейший путь следования пакета, или по принципу явной маршрутизации, в котором маршрутизаторы передают пакет в соответствии с указаниями, полученными от верхнего, в данном тракте, LSR. Таким образом, в первом случае маршрут следования пакетов определяется случайным образом, а в случае явной маршрутизации он известен заранее.

В сети MPLS может существовать набор маршрутизаторов, которые являются входными для конкретного FEC, тогда, считается, что для этого FEC существует LSP с разными точками входа и выхода. Если для некоторых из этих LSP выходным является один и тот же LER, то можно говорить о дереве LSP, корнем которого служит данный выходной маршрутизатор.

LSP можно рассматривать как тракт, создаваемый путем сцепления одного и более участков маршрута, который позволяет пересылать пакет, заменяя на каждом узле сети MPLS входящую метку исходящей меткой (так называемый алгоритм перестановки меток). Таким образом, тракт сети MPLS можно рассматривать как туннель, для создания которого в IP-пакет вставляется заголовок – метка, о котором речь шла ранее.

LSP устанавливаются либо перед передачей данных (с управлением от программы), либо при обнаружении определенного потока данных (управляемые данными LSP).

На сегодняшний день применение туннелирования реализовано во многих технологиях. Образование в виртуальном тракте туннелей, по которым проходят другие виртуальные тракты, основывается на инкапсуляции передаваемых пакетов в пакеты, следующие по этому тракту к данному адресу назначения. LSP-туннели, широко используемые в технологиях поддержки широкополосных услуг в MPLS будут подробнее рассмотрены после описания принципов функционирования сети MPLS.

3.2.1. Принцип работы IP/MPLS сети

Используя уже рассмотренные понятия, опишем функционирование сети MPLS. Любой IP-пакет на входе в сеть MPLS, независимо от того поступает этот пакет от отправителя или же он пришел из смежной сети, которая может быть MPLS-сетью более высокого уровня, относится копределенному классу эквивалентной пересылки FEC (Forwarding Equivalence Class). Напомню, что анализ заголовка IP-пакета и назначение FEC производится только один раз на входе в сеть.

FEC идентифицируется определенной меткой, представляющей собой поле фиксированной длины, и имеющей локальное значение на участке между двумя соседними маршрутизаторами. При переадресации пакета на следующем шаге, метка посылается вместе с ним, таким образом, пакеты оказываются помеченными еще до того, как будут переадресованы. Принятая с пакетом метка используется маршрутизатором как указатель входа таблицы, которая определяет очередной маршрутизатор для пересылки к нему пакета, а также новую метку для FEC, к которому относится этот пакет. Модуль коммутации по меткам, как правило, заменяет

содержащуюся в пакете метку, некоторой новой меткой перед ее пересылкой на следующий участок маршрута (label swapping). Для принятия решения о том, куда пересылать пакеты, используется алгоритм точного совпадения меток.

Использование метки для переадресации пакетов в MPLS позволяет значительно снизить время обработки пакетов в маршрутизаторе.

Маршрутизатор, поддерживающий MPLS и способный, кроме того, анализировать заголовки и производить пересылку пакетов, не содержащих меток, называется маршрутизатором коммутации по меткам. Технология MPLS предусматривает наличие маршрутизаторов двух типов:

LER (Label Enge Routers) – пограничные маршрутизаторы MPLS.
LSR (Label Switching Routers) – транзитные маршрутизаторы MPLS.

В точке входа в сеть MPLS стоят пограничные маршрутизаторы, на которые возлагаются функции классификации пакетов по различным классам FEC и реализация всевозможных дополнительных услуг. Входной LER добавляет метку всем пакетам, поступающим в сеть MPLS, а выходной LER удаляет метку и, либо осуществляет маршрутизацию на основе IP-адреса,

Приложения	Тип передачи	Формат передачи	Структура передачи	Скорость передачи без сжатия	Скорость передачи со сжатием
Речь и музыка	Телефония	G.711 - G.723.1	8 кбит/с * 8 бит	64 кбит/с	8-32 кбит/с
	Телеконференция		16 кбит/с * 8 бит	128 кбит/с	48-64 кбит/с
	CD-audio	MP-3	44,1 кбит/с * 16 бит	705,6 кбит/с	128 кбит/с
Изображение	Изображение обычного разрешения	SVGA	640 пикс/лин * 480 лин/с * 8 бит/пикс	2,458 Мбит/с	24-245 кбит/с
	Изображение обычного разрешения	JPEG	720 пикс/лин * 576 лин/с * 16 бит/пикс	6,636 Мбит/с	104-830 кбит/с
	Изображение высокого качества		1280 пикс/лин * 1024 лин/с * 24 бит/пикс	31,46 Мбит/с	0,3-3 Мбит/с
Бизнес видео	Видеофон	QSIF (H.261)	176 пикс/лин 144 лин/к * 12 бит/пикс * 30 к/с	9,115 Мбит/с	P * 64 кбит/с (p=1,2)
	Видеофон	MPEG-4 (H.320)	176 пикс/лин * 144 лин/к * 12 бит/пикс * 10 к/с	3,04 Мбит/с	64 кбит/с
	Видеоконференции	CIF (H.261)	352 пикс/лин * 288 лин/к * 12 бит/пикс * 30 к/с	36,5 Мбит/с	M * 368 кбит/с (m=1,2,3,4,5)
	Видеоконференции	MPEG-1 (PAL)	352 пикс/лин * 288 лин/к * 12 бит/пикс * 25 к/с	30,4 Мбит/с	1,15-3 Мбит/с

Наименование технологии	Область применения	Максималь. скорость передачи	Максималь. длина пакетов (байт)	Возможность передачи данных	Возможность передачи речи (Онлайн)	Наличие механизма QoS	Максимальное расстояние передачи (км)
Ethernet (GEthernet)	Локальные местные, магистр. сети	Гбит/с	1500	Есть	Нет (без использ. спец. мер)	Нет (без использ спец. мер)	150
ATM	Магистр. Местные, Локальные сети	622 Мбит/с, 4.5 Гбит/ с	53	Есть	Есть	Есть	Не огр.
IP	Магистр. Местные, Локальные сети	Гбит/с	65535	Есть	Есть	Нет	Не огр.

	Введение……………………………………………………….......	4
1.	Основы мультисервисных сетей связи………………..	7
1.1.	Службы и сети передачи данных…………………………………... .	7
1.2.	Основные понятие и требования при реализации мультисервисных сетей связи.............................................................	21
1.3.	Структура современной мультисервисной сети как сети следующего поколения (NGN)............................................................	26
2.	Методы коммутации и принципы технологии АТМ и Ethernet…………………………………………………..	32
2.1.	Принципы и механизмы коммутации в мультисервисных сетях связи…………………………………………………………………...	32
2.1.1.	Методы коммутации каналов, сообщении и пакетов……………...	32
2.1.2	Принципы и механизмы коммутации пакетов……………………..	42
2.2.	Принципы технологии ATM………………………………………...	45
2.2.1.	Функции уровня адаптации АТМ…………………………………...	52
2.3.	Принципы технологии Gigabit Ethernet……………………………..	54
3.	Принципы технологии TCP/IP, MPLS и сравнительный анализ технологий передачи данных……………………………………………………………..	59
3.1.	Принципы технологии TCP/IP………………………………………	59
3.2.	Принципы технологии MPLS………………………………………..	71
3.2.1.	Принцип работы IP / MPLS сети…………………………………….	76
3.2.2.	Методы распределения меток и туннелирования………………….	81
3.3.	Сравнение технологии IP/MPLS , ATM и Gigabit Ethernet………...	85