МИНИСТЕРСТВО ПО РАЗВИТИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ

Учебное пособие

$Описание: C:\Documents and Settings\User\Рабочий стол\1.jpg$

Ташкент - 2016

Исаев Р.И. Мультимедийные сети связи.

Учебное пособие, ТУИТ, Ташкент. 2016.-178с.

В данном учебном пособии рассмотрены принципы построения мультимедийных сетей связи, услуги, протоколы, синхронизация, управление и функционирование мультимедийных сетей связи.

Учебное пособие рассмотрено на учебно-методическом совете ТУИТ (протокол № 9(90) от 12.05.2016 г и рекомендовано к печати).

Рецензенты:

Начальник отдела Центра научно – технических и маркетинговых исследований – ГУЛ «UNICON.UZ» к.т.н., доц. И.Р. Берганов

к.т.н., доц. кафедры «Телекоммуникационный инжиниринг» Н.Х. Гултураев

Ташкентский университет информационных технологий, 2016 г

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение в мультимедийные сети связи.......................................................	5
1.Сетевые технологии для мультимедиа…………………………………...	14
1.1. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем…………………….	14
1.2 Медные и волоконно - оптические кабели связи………………………	18
1.3.Синхронная цифровая иерархия………………………………………...	23
1.4.Волновое уплотнение (WDM, DWDM, CWDM)………………………	25
1.5.Мультисервисностъ IP-технологии……………………………………..	26
1.6. Транспортные телекоммуникационные технологии мультимедийной сети связи на основе MPLS……………………………...	30
2.Услуги для мультимедийных сетей связи………………………………..	42
2.1. Виды услуг связи и особенности их реализации……………………...	42
2.1.1.Классификация услуг связи по типу обмена информацией………...	46
2.1.2. Базовые и дополнительные услуги связи. Высокодоходные услуги связи и услуги, выполняющие маркетинговые функции………………….	47
2.1.3. Услуги передачи данных……………………………………………...	48
2.2.Мультимедийные информационные потоки…………………………...	49
2.3 Современные мультимедийные приложения…………………………..	58
2.4. Качество телекоммуникационных услуг………………………………	68
2.5.Соглашение об уровне обслуживания………………………………….	74
3. Стандарты мультимедийной сети связи…………………………………	90
3.1. Протоколы нижнего уровня…………………………………………….	96
3.2. Протоколы верхнего уровня……………………………………………	102
3.3. Системы сигнализации………………………………………………….	106
3.4.Мультимедийная синхронизация……………………………………….	114
3.5. Управление мультимедийной сети связи……………………………...	115
4. Моделирование мультимедийной сети связи…………………………...	134
4.1. Моделирование процесса передачи мультимедийного трафика по IP-сети……………………………………………………………………..	134
4.2.Математические методы моделирования мультимедийных сетей связи……………………………………………………………………	139
4.3.Метод имитационного моделирования…………………………………	141
5. Конвергентные сети связи………………………………………………..	142
5.1.Глобальная информационная инфраструктура………………………..	149
5.2. Структура услуги связи и приложений………………………………..	153
6. IMS – мультимедийная IP – ориентированная подсистема связи……..	154
6.1. Ключевые факторы перехода к IMS.......................................................	154
6.2. Стандартизация IMS................................................................................	155
6.3. Архитектура IMS......................................................................................	157
6.3.1. Транспортный уровень………………………………………………..	157
6.3.2. Плоскость управления………………………………………………...	159
6.3.3. Уровень приложений………………………………………………….	160
7. Проектирование телекоммуникационной сети………………………….	162
7.1. Методология проектирования телекоммуникационных сетей………	162
7.2. Проектирование сети доступа………………………………………….	168
7.3. Проектирование транспортной сети…………………………………...	170
Список летературы..........................................................................................	176

Введение в мультимедийные сети связи

С начала 90-х годов ХХ – века телекоммуникация развивалась по пути цифровизации. Это стало генеральным направлением, обеспечивающим экономичные методы не только ее передачи, но и распределения, хранения и обработки. Интенсивное развитие цифровых сетей телекоммуникации объясняется существенными их достоинствами по сравнению с аналоговыми сетями: высокой помехоустойчивостью; слабой зависимостью качества передачи от длины линии связи; стабильностью электрических параметров каналов связи; эффективностью использования пропускной способности при передаче дискретных сообщений и др.

Одновременно с ростом числа услуг связи изменилось их качество - от простого телефонного сервиса до услуг мультимедиа, которые обеспечиваются интегральными цифровыми сетями связи.

Дальнейшая эволюция телекоммуникационных технологий идет в направлениях увеличения скорости передачи информации, интеллектуализации сетей и обеспечения мобильности пользователей.

В 1999 году был принят Закон Республики Узбекистан «О телекоммуникациях». Основная цель Закона регулирование отношений в области создания, функционирования и развития телекоммуникаций. В данном Законе приняты следующие понятия и определения:

телекоммуникации — передача, прием, обработка сигналов, знаков, текстов, изображений, звуков или иных видов информации с использованием проводных, радио, оптических или других электромагнитных систем;

сеть телекоммуникаций — совокупность средств телекоммуникаций, обеспечивающих один или несколько видов передач: телефонную, телеграфную, факсимильную, передачу данных и других видов документальных сообщений, трансляцию телевизионных и радиовещательных программ;

средства телекоммуникаций — технические устройства, оборудование, сооружения и системы, позволяющие формировать, передавать, принимать, обрабатывать, коммутировать электромагнитные или оптические сигналы и управлять ими;

сооружения телекоммуникаций — здания, установки, линии телекоммуникаций, приспособления, опоры, мачты и другие сооружения, обеспечивающие функционирование и эксплуатацию сетей и средств телекоммуникаций;

оконечное (терминальное) оборудование — технические средства пользователей услуг телекоммуникаций, взаимодействующие с сетями телекоммуникаций, предназначенные для формирования, преобразования, обработки сигналов, передаваемых или принимаемых по сетям телекоммуникаций;

межсетевые соединения — технологическое взаимодействие между сетями телекоммуникаций различных операторов телекоммуникаций, обеспечивающее передачу и прием информации между пользователями;

оператор телекоммуникаций (далее — оператор) — юридическое лицо, владеющее сетью телекоммуникаций на праве собственности или других вещных правах, обеспечивающее ее функционирование, развитие и оказывающее услуги телекоммуникаций;

провайдер услуг телекоммуникаций (далее — провайдер) юридическое лицо, оказывающее на коммерческой основе услуги телекоммуникаций пользователям через сети операторов;

услуги телекоммуникаций — продукт деятельности оператора и провайдера по приему, передаче, обработке сигналов и других видов информации через сети телекоммуникаций;

система нумерации — порядок распределения и присвоения нумерации (комбинации цифр или знаков) между операторами, провайдерами и оконечным (терминальным) оборудованием пользователей;

план нумерации — конкретное присвоение нумерации между операторами, провайдерами и оконечным (терминальным) оборудованием пользователей;

пользователь услуг телекоммуникаций (далее — пользователь) — юридическое или физическое лицо, являющееся потребителем услуг телекоммуникаций;

универсальные услуги — набор обязательных услуг установленного качества, предоставляемых всем пользователям по сети телекоммуникаций общего пользования (обеспечение доступа пользователей к этой сети, местные, междугородные и международные телефонные переговоры, отправка телеграмм и другие).

доменное имя — уникальное имя, присвоенное информационному ресурсу или информационной системе, служащее для их идентификации во всемирной информационной сети Интернет;

система доменных имен — порядок присвоения, регистрации и использования доменных имен во всемирной информационной сети Интернет;

аттестация сетей телекоммуникаций — комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на определение соответствия состояния защищенности сетей телекоммуникаций требованиям государственных стандартов и нормативно-правовых актов в области информационной безопасности.

Высокая скорость передачи информации. Необходима для передачи изображений, в том числе телевизионных, интеграции различных видов информации в мультимедийных приложениях, организации связи локальных, городских и территориальных сетей.

Телекоммуникационная сеть должна обладать интеллектуальностью, которая позволит увеличить гибкость и надежность сети, сделает более легким управление глобальными сетями. Благодаря интеллектуализации сетей пользователь перестает быть пассивным потребителем услуг, превращаясь в активного клиента - клиента, который сможет сам активно управлять сетью, заказывая необходимые ему услуги.

Терминальное оборудование абонента должна быть мобильной. Успехи в области миниатюризации электронных устройств, снижение их стоимости создали предпосылки к глобальному распространению мобильных оконечных устройств. Это делает реальной задачу предоставления услуг связи каждому в любое время и в любом месте.

Объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру мира, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций. Начало XXI века рассматривается как эра информационного общества, требующего для своего эффективного развития создания глобальной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, темпы развития которой должны быть опережающими по отношению к темпам развития экономики в целом.

Термин «мультимедиа» применяется к различным классам предоставления информации. Составляющие мультимедиа могут быть разбиты на три основные группы: текстовая, визуальная и звуковая информация.

Текстовая информация – это не только текст в чистом виде, но также и форматированный текст с различными управляющими символами, математическими выражениями, фонетическими транскрипциями произношения, нотными знаками и гипертекстом.

Визуальная информация может включать рисованные линии, карты, изображения или фотографии, анимацию, объекты виртуальной реальности, видео- и телеконференции.

Звуковая информация может быть представлена голосовой информацией телефонного или широковещательного качества, музыкальными фрагментами или записями звуковых сигналов. Текстовая составляющая мультимедиа обычно уже представлена в цифровой форме, тогда как визуальная и звуковая информация часто требует преобразования из аналоговой формы с использованием соответствующих технологий.

Сеть телекоммуникации – одна из важных компонентов глобальной информационной инфраструктуры (ГИИ). Последнее понятие введено Международным союзом электросвязи (МСЭ) в конце ХХ века, когда были завершены основные работы по формированию новой парадигмы совместного развития информатики и телекоммуникации. ГИИ рассматривается как совокупность сетей связи, оборудования пользователей, информационных и людских ресурсов.

Задача ГИИ заключается в обеспечении доступа к полезной информации и связи между абонентами, а также в создании качественно новых условий для работы, обучения и развлечений. Функциональные возможности ГИИ должны – в перспективе – предоставляться независимо от времени и места, по приемлемым тарифам и во всемирном масштабе.

Модель, предложенная МСЭ для анализа телекоммуникационной системы любого вида. Эта модель, представленная на рис. 1. и содержит четыре компонента, изображенных в виде облаков.

Сеть в посвящении

пользователя

Сеть доступа

Core Network Базовая сеть

Средства поддержки услуг

Customer Premises
Network Access Network Service Nodes

Рис. 1. Модель телекоммуникационной системы.

Внутри каждого облака написано его общепринятое название на английском языке и приведен перевод, который пользуется в технической литературе.

В XXI веке мировое сообщество вступило в новую эру своего развития, названную глобальным информационным обществом (ГИО). Отличительной чертой ГИО является то, что в нем знания и информация приобретают роль внешних производственных факторов, становятся материальной основой существования общества. Формируются целые отрасли, специализирующиеся на использовании высоких технологий, к которым в первую очередь относятся производство «информационных продуктов» (в том числе программных) и эффективное их распределение в среде инфокоммуникаций. Другой характерной особенностью ГИО является колоссальный рост объема телекоммуникационных услуг. Так, оборот услуг только по телефонным абонентам, теле и радиослушателям составляет свыше 800 млрд. долларов в год, а вместе с рынком инфокоммуникационных услуг (Интернет, локальные компьютерные сети, сети подвижной связи и т.д.) достиг 1,5 трлн. долларов и продолжает расширяться. В мировой телекоммуникационной сети ежегодно устанавливается телекоммуникационное оборудование на сумму 200 млрд. долларов. Для эффективной передачи и распределения всех упомянутых выше видов информации в структуре ГИО создана и непрерывно развивается Всемирная сеть связи (World wide communication network), представляющая из себя совокупность всех взаимосвязанных национальных сетей связи на земном шаре. Технической же основой любой современной сети связи являются информационные транспортные сети, предназначенные для высококачественной и безаварийной (бесперебойной) передачи (транспортировки) информации в виде стандартных или нормализованных цифровых потоков от производителя к потребителю.

К перспективным сетям связи предъявляются следующие требования:

- мультисервисность, под которой понимается независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

- широкополосность, под которой понимается возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;

- мультимедийность, под которой понимается способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные видео, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

- интеллектуальность, под которой понимается возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;

- инвариантность доступа, под которой понимается возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;

- многооператорность, под которой понимается возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с областью деятельности.

Кроме того, при формировании требований к перспективным сетям связи необходимо учитывать особенности деятельности поставщиков услуг.

К основным требованиям, предъявляемым поставщиками услуг к сетевому окружению, относятся:

- обеспечение возможности работы оборудования в «мульти операторской» среде, т.е. увеличение числа интерфейсов для подключения к сетям сразу нескольких операторов связи, в том числе на уровне доступа;

- обеспечение взаимодействия узлов поставщиков услуг для их совместного предоставления;

- возможность применения «масштабируемых» технических решений при минимальной стартовой стоимости оборудования.

Существующие сети связи общего пользования с коммутацией каналов и коммутацией пакетов в настоящее время не отвечают перечисленным выше требованиям. Ограниченные возможности традиционных сетей являются сдерживающим фактором на пути внедрения новых инфокоммуникационных услуг.

С другой стороны, наращивание объемов предоставляемых инфокоммуникационных услуг может негативно сказаться на показателях качества обслуживания вызовов базовых услуг существующих сетей связи.

Все это вынуждает учитывать наличие инфокоммуникационных услуг при планировании способов развития традиционных сетей связи в направлении создания сетей связи следующего поколения.

С точки зрения передачи мультимедиа могут быть классифицированы на передаваемые в реальном времени (Real-Time – RT) или не в реальном времени (Non Real-Time – NRT). Мультимедиа первого типа (RT) требуют ограничений на задержку пакетов, в то время как мультимедиа второго типа (например, текст и изображение) таких ограничений не требуют, но могут иметь жесткие ограничения на наличие ошибок при передаче. Существует два основных подхода к контролю ошибок при передаче мультимедийной информации. Первый основан на автоматическом повторе передачи потерянных или поврежденных пакетов (Automatic Retransmission reQuest – ARQ). Этот подход используется в протоколе транспортного уровня TCP (Transport Control Protocol) в стеке протоколов TCP/IP. Приложения, требующие безошибочной передачи NRT-информации, обычно используют именно этот протокол. При втором подходе (Forward Error Correction – FEC) передается избыточная информация, позволяющая обнаруживать и исправлять ошибки без повторной передачи пакетов. Такой подход используется в другом протоколе транспортного уровня UDP (User Datagram Protocol) в том же стеке протоколов TCP/IP. Приложения, обменивающиеся мультимедийной информацией, допускающей ошибки (как RT, так и NRT), обычно используют UDP для исключения потерь времени на повторную передачу пакетов.

RT-мультимедиа разделяются на дискретную (Discrete media – DM) и непрерывную (Continuous media – CM), в зависимости от того, передаются ли данные дискретными порциями или непрерывным потоком. В свою очередь, СМ может разделяться на допускающую ошибки и не допускающую их. Примером RT первого типа могут служить звуковые и видеопотоки, используемые при проведении звуковых и видеоконференций, а примером второго – приложения, запускаемые на удаленном компьютере. Потоковое вещание, используемое для вещания через Интернет, допускает некоторый уровень ошибок при передаче информации.

Мультимедийный трафик. Под мультимедийным трафиком понимается цифровой поток данных, который содержит различные виды сообщений, воспринимаемых органами чувств человека (обычно звуковая и/или видеоинформация). Мультимедийные потоки данных передаются по телекоммуникационным сетям с целью предоставления удаленных интерактивных услуг. Наиболее распространенными на сегодняшний день мультимедийными услугами, предоставляемыми пользователям сети, являются: видеотелефония, высокоскоростная передача мультимедийных данных, IP-телефония, цифровое телевизионное вещание, мобильная видеосвязь и цифровое видео по запросу.

В зависимости от типа предоставляемого сервиса выделяются две основные категории мультимедийного трафика:

- трафик реального времени, предоставляющий мультимедийные услуги для передачи информации между пользователями в реальном масштабе времени;

- трафик обычных данных, который образуется традиционными распределенными услугами современной телекоммуникационной сети, таких, как электронная почта, передача файлов, виртуальный терминал, удаленный доступ к базам данных и др.

В качестве примеров услуг, генерирующих трафик реального времени, можно привести следующие: IP-телефония, высококачественный звук, видеотелефония, видеоконференцсвязь, дистанционное (удаленное) медицинское обслуживание (диагностика, мониторинг, консультация), видеомониторинг, широковещательное видео, цифровое телевидение, вещание радио- и телевизионных программ.

IP-телефония. Данный сервис осуществляет передачу голосового трафика (речи) между двумя абонентами сети, в которой, в качестве сетевого, используется протокол IP (Internet Protocol). Для организации сервиса «IP-телефония» могут быть использованы локальные, корпоративные, глобальные сети, а также сеть Интернет. С помощью специальных шлюзов, используемых в телефонной сети общего пользования, обеспечивается IP-телефонная связь между абонентами телефонных сетей и абонентами сетей передачи данных.

Высококачественный звук. Под «высококачественным звуком» понимается такой сервис, который осуществляет передачу и вещание высококачественного звука, например, музыки, концертных выступлений и т.д.

Видеотелефония. Данный сервис осуществляет передачу человеческой речи вместе с его изображением невысокого качества между двумя абонентами. Клиенты данного сервиса, через соответствующую коммутационную аппаратуру, могут слушать и видеть друг друга в режиме реального времени.

Видеоконференция. Данный сервис осуществляет передачу голосового и видеотрафика между группой абонентов, причем звуковые и видеосигналы передаются по сети независимо один от другого (по разным транспортным соединениям), их синхронизация на приеме обеспечивается соответствующим протоколом транспортного уровня.

Дистанционное медицинское обслуживание. Данный сервис обеспечивает проведение дистанционного медицинского обследования, диагностики и консультации больных. Трафик данного сервиса включает голосовые и видеоданные, результаты обследования, переданные в реальном масштабе времени, и др.

Видеомониторинг. Данный сервис осуществляет видеонаблюдение помещений, применяется для охраны территорий различного назначения, оперативной сигнализации о различных нештатных ситуациях, постоянного (в режиме реального времени) мониторинга в местах скопления людей.

Вещание радио и телевизионных программ. Данный сервис осуществляет вещание обычных радио- и телевизионных каналов по цифровой телекоммуникационной сети.

Цифровое телевидение. Данный сервис осуществляет вещание высококачественного цифрового телевидения (художественных фильмов, музыкальных видеоклипов, спортивных трансляцией) по запросу клиентов данного сервиса.

Основной тенденцией в развитии современных телекоммуникационных сетей является поддержка различных видов сервиса, в том числе мультимедийного. Требования различных типов мультимедийного трафика к сетевым ресурсам могут отличаться. Например, обычный трафик, как правило, не налагает особых ограничений на время его доставки до получателя. Все что требуется такому трафику, - это выделение ему минимальной пропускной способности. Другим примером может быть трафик для проведения видеоконференций в реальном масштабе времени. Он требует не только значительной пропускной способности, но также и минимизации времени доставки видеокадров до получателя. Кроме того, качество проведения сеанса видеоконференции не будет удовлетворительным, если задержки пакетов информации имеют слишком нерегулярный характер. В данном случае к ресурсам сети предъявляются жесткие требования по многим параметрам.

Описание и анализ мультимедийного трафика в современных телекоммуникационных сетях является сложной и трудной задачей. Основными причинами этих трудностей являются:

- широкий диапазон скоростей передачи - от нескольких кбит/с, как в случае передачи телефонного трафика, до сотен Мбит/с, при передаче виде потоков;

- разнообразные статистические свойства передаваемых мультимедийных информационных потоков (трафик реального времени налагает жесткие требовании к ресурсам сети);

- большое разнообразие сетевых конфигураций, множество технологий и протоколов передачи (Gigabit Ethernet, ATM, MPLS и др.);

- многоуровневая обработка передаваемых сообщений, вследствие чего качество обслуживания оказывается зависящим от нескольких уровней обработки.

Контрольные вопросы

1. Когда был принят Закон Республики Узбекистан « О телекоммуникации»?

2. Выучить наизусть термины и определения.

3. Что с собой представляет глобальная информационная инфраструктура и глобальное информационное общество?

4. Объясните работу модели телекоммуникационной системы.

5. Что с собой представляет мультимедийная сеть связи?

6. Какие требования предъявляются к перспективным сетям связи?

7. Классификация мультимедиа.

8. Классификация мультимедийного трафика.

1.Сетевые технологии для мультимедиа

1.1. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем

Связь представляет собой совокупность сетей и служб связи (рис. 1.1). Служба телекоммуникации - это комплекс средств, обеспечивающий представление пользователям услуг. Вторичные сети обеспечивают транспортировку, коммутацию сигналов в службах телекоммуникации, первичные снабжают вторичные каналы. Составной частью соответствующей службы является оконечное оборудование, которое располагается у пользователя.

В качестве примера службы можно привести телефонную. Она предоставляет услуги телефонной связи, передачи данных и др. Следует заметить, что понятия служба и услуга трактуются в литературе неоднозначно. Так передача данных по телефонным сетям (с использованием телефонной службы) часто рассматривается как служба передачи данных по телефонным каналам. Откуда следует, что стоит владельцу телефона подключить свой компьютер при помощи модема к телефонной сети, как появляется служба. Более логичным нам кажется определение, когда под службой передачи данных мы понимаем систему связи, специально созданную для передачи данных, т.е. совокупность аппаратных и программных средств, методов обработки, распределения и передачи данных. В то же время служба передачи данных может предоставлять и услуги телефонной связи.

Рис. 1.1. Архитектура связи:

1 – первичная сеть телекоммуникации; 2 – вторичные сети телекоммуникации; 3 – службы телекоммуникации; 4 – услуги телекоммуникации.

Рис.1.2. Структура разработки стандартов для ВОС.

Обмен информацией в любых службах телекоммуникации должен осуществляться по определенным, заранее оговоренным правилам. Эти правила (стандарты) разрабатываются рядом международных организаций электросвязи. Так, в 1978 г. в Международной организации по стандартизации (МОС) был создан подкомитет SC16, задачей которого являлась разработка международных стандартов для взаимосвязи открытых систем. Под термином «открытая система» подразумевалась система, которая может взаимодействовать с любой другой, удовлетворяющей требованиям открытой системы.

Открытой она является тогда, когда соответствует эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ВОС - Open System Interconnection, OSI)). Эталонная модель ВОС - наиболее общее описание структуры построения стандартов. Она определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами и представляет собой основу для обеспечения возможности параллельной разработки множества стандартов, которые требуются для ВОС. Однако стандарт ВОС должен определять не только эталонную модель, но и конкретный набор услуг, удовлетворяющих эталонной модели, а также набор протоколов, обеспечивающих удовлетворение услуг, для реализации которых они разработаны (рис. 1.2). При этом под протоколом понимается документ, определяющий процедуры и правила взаимодействия одноименных уровней работающих друг с другом систем.

В качестве эталонной модели в 1983 г. утверждена семиуровневая модель (рис. 1.3), в которой все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на взаимно подчиненные уровни. Уровень с меньшим номером предоставляет услуги смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Самый верхний (7) уровень лишь потребляет услуги, а самый нижний (1) только их предоставляет.

В семиуровневой модели протоколы нижних уровней (1-3) ориентированы на передачу информации, верхних уровней (5-7) - на обработку информации. Протоколы транспортного уровня в литературе иногда выделяют отдельно, так как он непосредственно не связан с передачей информации. Однако этот уровень (4) ближе по своим функциям к трем нижним уровням (1-3), чем к трем верхним (5-7). Поэтому в дальнейшем мы его будем относить к нижнему уровню.

Задача всех семи уровней - обеспечение надежного взаимодействия прикладных процессов. При этом под прикладными процессами понимают процессы ввода, хранения, обработки и выдачи информации для нужд пользователя. Каждый уровень выполняет свою задачу. Однако уровни подстраховывают и проверяют работу друг друга.

Прикладной уровень (application) - управление терминалами сети и прикладными процессами, которые являются источниками и потребителями информации, передаваемой в сети. Ведает запуском программ пользователя, их выполнением, вводом-выводом данных, управлением терминалами, административным управлением сетью. На этом уровне обеспечивается предоставление пользователям различных услуг, связанных с запуском его программ, начиная от простой передачи данных и до формирования технологии виртуальной реальности. На этом уровне функционируют технологии, являющиеся как бы надстройкой над инфраструктурой собственно передачи данных: электронной почты, теле- и видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам, работы в Интернет и т.д.

Рис. 1.3. Структура эталонной модели ВОС.

Уровень представления (presentation) - интерпретация и преобразование передаваемых в сети данных к виду, удобному для прикладных процессов. Обеспечивает представление данных в согласованных форматах и синтаксисе, трансляцию и интерпретацию программ с разных языков, шифрование данных. На практике многие функции этого уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому протоколы уровня представлений не получили развития и во многих сетях практически не используются.

Сеансовый уровень (session) - организация и проведение сеансов связи между прикладными процессами (инициализация и поддержание сеанса между абонентами сети, управление очередностью и режимами передачи данных: симплекс, полудуплекс, дуплекс, например). Многие функции этого уровня в части установления соединения и поддержания упорядоченного обмена данными на практике реализуются на транспортном уровне, поэтому протоколы сеансового уровня имеют ограниченное применение.

Транспортный уровень (transport) - управление сегментированием данных (сегмент - блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю (обмен управляющей информацией и установление между абонентами логического канала, обеспечение качества передачи данных). На этом уровне оптимизируется использование услуг, предоставляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропускной способности при минимальных затратах. Протоколы транспортного уровня развиты очень широко и интенсивно используются на практике. Большое внимание на этом уровне уделено контролю достоверности передаваемой информации.

Сетевой уровень (network) - управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрутизация данных, коммутация: каналов, сообщений, пакетов и мультиплексирование). На этом уровне реализуется главная телекоммуникационная функция сетей - обеспечение связи ее пользователей. Каждый пользователь сети обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, используемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне выполняется структуризация данных - разбивка их на пакеты и присвоение пакетам сетевых адресов (пакет - блок данных сетевого уровня).

Канальный уровень (data-link) - формирование и управление физическим каналом передачи данных между объектами сетевого уровня (установление, поддержание и разъединение логических каналов), обеспечение прозрачности (кодонезависимости) физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи. Протоколы этого уровня весьма многочисленны и существенно отличаются друг от друга своими функциональными возможностями. На этом уровне действуют, например, протоколы доступа к моноканалу. Управление выполняется на уровне кадров (кадр - блок данных на канальном уровне).

Физический уровень (physical) - установление, поддержание и расторжение соединений с физическим каналом сети (обеспечение нужными физическими реквизитами подключения к физическому каналу). Управление выполняется на уровне битов цифровых (импульсы, их амплитуда, форма) и аналоговых (амплитуда, частота, фаза непрерывного сигнала). Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют стандартный формат: заголовок (header), служебная информация, данные, концевик. Каждый уровень при передаче блока информации нижестоящему уровню снабжает его своим заголовком. Заголовок вышестоящего уровня воспринимается нижестоящим как передаваемые данные.

Физический уровень. Среда передачи

В качестве среды передачи информации могут быть использованы медные кабели, волоконно-оптические кабели и окружающее пространство (при беспроводной связи). Оптический кабель широко используется, особенно на магистральных участках связи. В то же время в течение ближайших 3-5 лет решения на «меди» будут занимать большую часть рынка широкополосного доступа. Поэтому далее рассмотрим типы медных кабелей, используемых в основном на сетях доступа.

1.2 Медные и волоконно - оптические кабели связи

Классификация разновидностей медных кабелей для СД представлена на рис. 1.4.

Низкочастотные телефонные кабели выпускаются и применяются на сетях для передачи речевых сообщений и для работы аппаратуры цифровой передачи с низкими скоростями. Кабели имеют различные конструкции изоляции, оболочки, способы скрутки, емкость, диаметр жил. Городские кабели с медными жилами в свинцовой оболочке, изготавливаемые по ГОСТ 20802-75, отличаются тремя признаками: диаметром токопроводящих жил, числом пар, типом защитных покровов. У этих кабелей токопроводящие жилы изготавливаются из медной проволоки диаметром 0,4; 0,5; 0,7 мм. Жилы изолируются сплошным слоем бумажной массы или телефонной бумаги, положенной по спирали с перекрытием. Это воздушно-бумажная изоляция. По типу защитных покровов различают четыре типа кабелей:

ТГ - в свинцовой оболочке для прокладки в кабельной канализации, по стенам зданий, для подвески;

ТБ - в свинцовой оболочке, с плоской стальной броней и защитным наружным слоем для прокладки в грунт;

ТБГ - в свинцовой оболочке, с плоской стальной броней, с противокоррозионной защитой для прокладки в помещениях, в коллекторах и тоннелях;

ТК - в свинцовой оболочке, с броней из круглых стальных, оцинкованных проволок с защитным наружным покрытием для прокладки под водой, в грунтах, для вертикальной прокладки.

Число пар в кабелях может колебаться от 10 до 1600. Изолированные жилы скручиваются в пары с шагом не более 250 мм. При группировании пар используется повивная и пучковая скрутка. Кабели нуждаются в содержании под избыточным воздушным давлением.

Токопроводящие жилы этих кабелей изготавливались из медной проволоки диаметром 0,32; 0,4; 0,5 и 0,7 мм и изолировались сплошным полиэтиленом. Изолированные жилы скручивались шагом не более 100 мм в виде пар и четверок. Изолированные пары и четверки скручивались в сердечник с повивами или в пучки. Кабели предусматривали алюминиевый экран. Для повышения надежности кабелей и эффективности борьбы с проникновением влаги под оболочку были разработаны герметизированные кабели с гидрофобным заполнителем типа:

ТПЭПЗ - телефонный, с полиэтиленовой изоляцией, экраном из алюминиевой фольги, гидрофобным заполнителем, в полиэтиленовой оболочке;

ТППЗПБ - аналогичный ТПЭПЗ, но бронированный ленточным слоем и в полиэтиленовым шланге и т.д.

Рис. 1.4. Разновидности медных кабелей.

Указанные низкочастотные кабели находятся в эксплуатации в большинстве сетей. Для развития сетей необходимо знать реальные возможности этой кабельной продукции, прежде всего характеристики передачи на частотах до 2 или даже до 10 МГц. В указанных диапазонах должна оцениваться возможность передачи высокоскоростного трафика к абонентам и от их терминалов.

При этом определяющими характеристиками являются:

- затухание медной пары на километр (α[дБ/км]) при различных температурах;

- переходное затухание между медными парами на ближний и дальний конец (А) [дБ]; А₁[дБ]);

- величина переходных и внешних помех; волновое сопротивление (IZ_bIОм);

- сопротивление шлейфа R₀ [Ом/км].‌‌‌‌

‌Таблица 1.1. Кабели типа ТПВАД

Марка кабеля

Области применения

ТПВАД 1х2х0,5

2х2х0,5

3х2х0,5

4х2х0,5

Кабели с цилиндрическим сердечником для передачи сигналов до 200 кГц внутри зданий

ТПВЭАД 2(1х2х0,5)

2(2х2х0,5)

2(4х2х0,5)

Кабель с двумя параллельно уложенными экранированными группами для передачи сигналов до частот 2048 кГц внутри зданий

Область применения низкочастотных кабелей - сеть абонентского доступа:

- неэкранированные и экранированные до 200 кГц;

- только экранированные до 2048 кГц.

Конструкции этих кабелей обеспечивают переходные затухания между цепями на ближнем конце в строительной длине на частотах 0,1; 100; 200 кГц - 90, 80, 70 дБ соответственно.

Интенсивное внедрение на абонентских медных линиях цифровой передачи, в частности по технологии xDSL, потребовало изменения взглядов на линии связи. Традиционные кабели ТПП (ГОСТ Р 51311-99) уже не удовлетворяют современным требованиям по скорости передачи.

Структурированные кабельные системы (Structured Cabling System, SCS) - представляют собой универсальную кабельную проводку для локальных сетей, проектируемую и устанавливаемую без привязки к конкретным приложениям, т.е. к сетям компьютерным, телефонным и др.

Структура общей кабельной сети по стандарту EN 50173

Центральным элементом СКС выступает кабель с витыми медными и биметаллическими парами. При формировании кабеля медные пары дополнительно скручиваются между собой и получившийся свиток помещают в изоляционную оболочку с экраном или без экрана.

Конструкция экранированного кабеля S-STP

600/900/1000/1200(категория 7)

Рис. 1.6. Конструкция неэкранированного кабеля UTP 300
(категория 5).

Ниже рассмотрены примеры конструкций и характеристики кабелей СКС с экранированными витыми парами. Кабели обозначаются:

- UTP (Unshielded Twisted Pair) - неэкранированная витая пара.

- STP (Shielded Twisted Pair) - экранированная витая пара

Волоконно-оптические кабели.

Современное представление о мультисервисной сети неразрывно связано с использованием волоконно-оптических кабелей до абонентского терминала или с промежуточным окончанием («гибридный вариант волокно-медь»).

Сердцевина

Оболочка

Многомодовые

Диаметр указан в мкм

Одномодовые

Рис. 1.7. Примеры конструкций оптических волокон.

В оптических волокнах используется эффект отражения света. Волокна выполняются цилиндрическими и прямоугольным. Прямоугльные применяются в микросхемах, а цилиндрические в виде длинных волокон служат основой кабелей (примеры оптических волоконных световодов представлены на рис. 1.7).

Известно множество конструкций оптических кабелей. Среди них необходимо выделить кабели для сетей доступа, которые должны отвечать следующим требованиям:

- относительно низкая стоимость;

- требуемая полоса пропускания;

- допустимое затухание на участке доступа;

- простое сопряжение с источниками и приемниками излучения;

- работа при различных температурах;

- устойчивость к влаге, давлению, вибрациям и т.д.

Оптические кабели в сетях доступа подразделяются на объектовые, распределительные и магистральные. Объектовые оптические кабели (абонентские) выполняются в формате 1-2 волокон (рис. 1.8).

Для распределительной и магистральной линий могут использоваться кабели модульной, ленточной и профилированной конструкций. Они отличаются емкостью и способом размещения волокон. Свободная укладка волокон позволяет компенсировать механические и термические воздействия на волокно в известных пределах нагрузок. Конструкции этих типов кабелей приведены на рис. 1.9.

Рис. 1.8. Примеры конструкций объектовых (абонентских) кабелей

с волоконными световодами и плотной укладкой волокон.

Рис. 1.9. Конструкция оптических кабелей:

а) 4-волоконный распределительный оптический кабель; б) 20-

волоконный распределительный оптический кабель; в) 12-волоконный оптический кабель с профильным сердечником и свободной

укладкой волокон.

1.3.Синхронная цифровая иерархия

Сегодня на сети телекоммуникации Узбекистана используется оборудование мультиплексирования плезиохронной цифровой иерархии (PDH) и оборудование синхронной цифровой иерархии (Synchronous digital hierarchy, SDH). Исторически первыми появились цифровые системы передачи (ЦСП) PDH. Это ЦСП местных первичных сетей: ИКМ-30 и их разновидности. Затем были разработаны и внедрены ЦСП-PDH на городских и внутризоновых сетях ИКМ-120, ИКМ-480, а также волоконно-оптическая система передачи (ВОСП). Одним из недостатков PDH мультиплексирования является сложность выделения цифровых потоков. Для выделения потока со скоростью 2 Мбит/с из цифрового потока в 140 Мбит/с он должен быть полностью демультиплексирован.

Значительно проще эта задача решается в системах SDH (рис. 1.10). Здесь ввод и вывод потоков со скоростью 2 Мбит/с осуществляется при помощи мультиплексоров с функцией вставки/выделения (add/drop multiplexer, ADM).

Рекомендациями ITU-T базовая скорость передачи данных SDH определена в 155,52 Мбит/с.

Рис. 1.10. Сравнение процессов вставки/выделения сигналов, выполняемых в системе SDH и в системе PDH.

ЦСП-SDH представляет собой набор стандартизованных информационных структур, предназначенных для транспортировки сигналов по сети телекоммуникации. Главным из них является синхронный транспортный модуль N-ro порядка STM-N. Пропускная способность ЦСП-SDH определяется используемым уровнем иерархии SDH и, соответственно, STM. В табл. 1.2 приведены значения скорости передачи. В количество первичных цифровых потоков Е1 (NЕ1) и основных цифровых каналов (Nоцк) для разных уровней STM (значения В и Nоцк округлены).

Важнейшим достоинством ЦСП-SDH (не связанным с идеей синхронного объединения ЦП) является возможность построения надежной, управляемой транспортной сети за счет:

- сегментирования линий связи с контролем состояния каждого сегмента;

- резервирования аппаратуры, узлов аппаратуры и линий с автоматическим переключением на резерв;

- возможности реконфигурирования транспортной сети с помощью сети управления TMN и встроенных высокоскоростных каналов передачи и служебной информации (высокоскоростных по сравнению со служебными каналами ЦСП-PDH).

Таблица 1.2. Цифровая емкость STM-N

Одним из наиболее распространенных способов резервирования линий, которое позволяет организовать ЦСП-SDH, является использование кольцевой топологии сети (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Однонаправленное кольцо SDH

Кольцевая структура предоставляет два пути прохождения информационного сигнала: основной и резервный. При повреждении любого участка кольца осуществляется переключение и обход поврежденного участка трассы. Таким образом, видно, что ЦСП-SDH представляет собой не просто систему передачи, SDH - это аппаратура построения современной информационной сети - живучей, высококачественной транспортной сети связи.

ЦСП-SDH позволяет:

1) организовывать большие пучки качественных цифровых каналов;

2) строить линейные тракты практически без регенераторов;

3) создавать разветвленные, легко реконфигурируемые цифровые сети за счет использования кросс-коннекторов и мультиплексоров ввода/вывода;

4) предоставлять потребителям надежные цифровые каналы и тракты за счет встроенной аппаратуры оперативного контроля и переключения, а также надежных сетевых структур;

5) осуществлять оперативное управление сетью;

6) строить с использованием технологии ATM высокопроизводительную цифровую сеть.

1.4.Волновое уплотнение (WDM, DWDM, CWDM)

В настоящее время на сетях Узбекистана используются преимущественно оптические волокна, соответствующие рекомендации G.652 и синхронные мультиплексоры уровня STM-16 (2,5 Гбит/с) c оптическими усилителями с длиной участка регенерации до 100... 120 км. Действительно, теоретический предел пропускной способности оптического волокна (ОВ) в третьем окне прозрачности, т.е. на частоте порядка 193 ГГц, составляет примерно 3-10⁹основных цифровых каналов (ОЦК). В то же время для STM-16 число ОЦК 3-10⁵, что составляет 0,01% от пропускной способности ОВ. Повысить коэффициент использования оптического волокна и, следовательно, решить проблему нехватки оптического волокна, можно за счет волнового уплотнения (Wave length- Division Multiplexing, WDM). В литературе, применительно к WDM, также встречается термин «спектральное мультиплексирование по волнам» и «волновое мультиплексирование». В зависимости от числа волн, размещаемых в одном ОВ, различают технологии WWDM, CWDM, DWDM и HWDM. Так, если в ОВ организовано всего два канала с использованием окон прозрачности 1300 и 1500 нм, то это технология с разнесенным спектральным мультиплексированием (Wide Band Wave Length Division Multiplexing, WWDM).

Системы грубого волнового мультиплексирования (Coarse WDM) работают в спектральном диапазоне 1300... 1650 нм, используя 16 оптических несущих, интервалы между которыми 20 нм. В DWDM используется до 160 оптических несущих с выделением для каждого из каналов полосы 25...50 ГГц.

Основными преимуществами технологий DWDM остаются:

- высокие скорости передачи, и как следствие, высокий коэффициент использования ОВ;

- возможность обеспечения 100%-ной защиты на основе кольцевой топологии и простого наращивания каналов в оптической магистрали.

В настоящее время сети DWDM применяются для построения высокоскоростных транспортных сетей национального оператора – АК «Узбектелеком», на основе топологий «точка-точка» или «кольцо» и мощных городских транспортных магистралей, которые могут использоваться большим количеством пользователей с потребностями в высоких скоростях передачи и использующих различные протоколы.

1.5.Мультисервисностъ IP-технологии

Бурный рост производительности Ethernet-коммутаторов, появление портов 100 Мбит/с, 1 и 10 Гбит/с, существенно повысило полосу пропускания абонентского доступа и позволило обеспечить услуги широкополосного доступа. В первую очередь, это относится к аудио- и видеопотокам, генерирующим на один информационный пользовательский поток трафик со скоростью до 50 Мбит/с. Действительно, сети IP способны обслуживать любые информационные потоки, которыми пользуется человечество. Они в состоянии справиться с доставкой как речи VoIP, так и видеоизображения в любом цифровом формате.

Под мультисервисностью сети сегодня понимается не только возможность предоставления различных сервисов канального уровня (услуги FR, IP, ISDN, ATM, SDH и т.п.) или сетевой маршрутизации (VLAN или VPN), но и информационные сервисы (ISP, ASP и SSP).

Операторская деятельность — это, прежде всего, договорные отношения с потребителем услуг и гарантии качества их предоставления. Поэтому для оператора мультисервисной сети общего пользования ключевым критерием реализуемости услуг является гарантия их качества. То есть, наличие эффективных механизмов контроля качества и настройки параметров, гарантирующих предоставление всего пакета услуг, на который подписан абонент, а не техническая реализуемость услуг.

С этой точки зрения IP-технология, при минимизированных начальных инвестициях, может привести к непомерным эксплуатационным издержкам, связанным с необходимостью непрерывных управляющих воздействий, учитывающих индивидуальный профиль заказчика и минимизирующих коллизии в сети. Помимо этого, отсутствие эффективных механизмов, обеспечивающих контроль качества канала, требует непрерывного наращивания резерва сетевых ресурсов. Это не позволяет регулировать этот резерв (например, ограничением числа абонентов или видов сервиса), так как небольшая флуктуация трафика может привести к коллизии и резкой потере эффективной полосы пропускания любого из узлов сети.

Технология ATM

Технология ATM считается наиболее «мультисервисной». Она позволяет достаточно эффективно решать задачи объединения сетей, построенных с использованием различных технологий передачи данных, обеспечения необходимого качества обслуживания и др. Все операторы телекоммуникации используют эту технологию и основная конкуренция при создании МСС ожидается между технологиями ATM и MPLS. Большинство специалистов предрекают преимущество MPLS.

В ATM используются пакеты небольшой длины фиксированного размера (53 байта), называемые ячейками, и очень простые функции в транзитных узлах. Обнаружение и исправление ошибок осуществляется только в заголовке. Для содержимого информационных ячеек никакой проверки и восстановления не применяется, и используется передача информации, ориентированная на соединение. Реализация ATM обычно осуществляется аппаратным обеспечением. Все это в сочетании с статистическим мультиплексированием уменьшает время задержек, что особенно важно при передаче трафика реального времени.

Технология ATM предоставляет методы управления трафиком и механизмы качества обслуживания. Это означает, что в сетях ATM могут быть зарезервированы ресурсы, гарантирующие требуемые значения пропускной способности, задержки передачи и уровня потерь ячеек.

Стандартная структура ячейки представлена на рис. 1.12. В соответствии со стандартами ATM, принятыми ITU, длина ячейки составляет 53 байта. Заголовок и поле полезной нагрузки ячейки составляют, соответственно, 5 байтов и 48 байтов. Кроме того, в поле полезной нагрузки также может быть небольшой заголовок длиной от одного до двух байтов. В терминах ATM разделение пользовательских данных на блоки полезной нагрузки носит название сегментации; добавление заголовка к тому или иному блоку полезной нагрузки определено как процесс инкапсуляции.

Заголовок

Полезная нагрузка

5 байтов

48 байтов

Рис. 1.12. Структура ячейки АТМ.

Стек протоколов ATM. В стеке протоколов ATM (рис. 1.13) различают следующие уровни: адаптации, ATM и физический. Уровень адаптации ATM (ATM Adaptation layer, AAL) делится на два подуровня конвергенции (Convergence Sub-layer, CS) и сегментации и восстановления (Segmentation And Reassebly, SAR). Уровень адаптации ATM по сути является интерфейсом между приложениями пользователя и уровнем ATM и обеспечивает поддержку четырех различных групп (классов) приложений.

Все приложения используют один и тот же подуровень SAR, но каждый тип приложений реализует свой собственный специфический подуровень CS.

Подуровень конвергенции (CS) отвечает за получение протокольного модуля данных (Protocol Data Unit, PDU) от вышележащих уровней и их адаптацию, обычно за счет добавления служебной информации для дальнейшего представления уровню SAR. Так как каждый тип трафика требует специфической обработки, различают четыре типа уровней адаптации AAL.

Задачей подуровня SAR является формирование модулей длиной 48 октетов, которые становятся полезной нагрузкой ячеек ATM. Правило функционирования подуровня SAR заключается в том, что ничто не покидает подуровень, если его длина не равняется 48 октетам. В некоторых случаях в подуровне SAR могут добавляться свои собственные данные к модулю PDU подуровня CS, в других - он просто «нарезает» модули PDU подуровня CS в модули по 48 октетов и передает их вниз на уровень ATM.

Рис. 1.13. Стек протоколов ATM.

Уровень ATM соответствует нижней части канального уровня модели OSI. Его основной задачей является коммутация ячеек способом, подходящим для осуществления их передачи между отправителем и получателем.

Технология Ethernet

Сегодня большинство локальных сетей выполнены по технологии канального уровня Ethernet. Отличительной особенностью канального уровня Ethernet является его разбиение на два подуровня: управления доступом к среде (Media Access Control, MAC) и управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC). Подуровень MAC определяет алгоритм доступа к среде, адресацию рабочих станций в сети, а также поддерживает функции совместного использования физической среды. Подуровень LLC поддерживает следующие службы:

- обслуживания без установления соединения и без подтверждения;

- обслуживания, ориентированного на соединение;

- обслуживания с подтверждением без установления соединения.

Главным недостатком технологии является конкурентный доступ к среде. В то же время это является и достоинством, позволяющим существенно уменьшить стоимость оборудования. При этом ограничения по дальности, традиционно относящие Ethernet к технологии локальных сетей, в случае использования ОВ снимаются: Ethernet становится технологией городских и глобальных сетей.

В своем развитии технология Ethernet прошла ряд эволюционных этапов (рис. 1.14) и из простой шинной архитектуры (10 Мбит/с Ethernet) превратилась в технологию реализации сегментов с увеличением скорости до 10 Гбит/с и более. При этом следует заметить, что пропускная способность Ethernet каждые 5-7 лет увеличивается в 10 раз. В настоящее время десятигигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, GE) использует технологию DWDM на физическом уровне.

Рис. 1.14. Эволюция технологии Ethernet.

В настоящее время GE прочно вошел в перечень базовых сетевых технологий для современных цифровых сетей. Технология GE прошла этап первичной стандартизации и представлена на рынке новейшей аппаратурой - маршрутизаторами/коммутаторами GE, выпускаемыми ведущими производителями ЦСП, и уже находит применение при построении современных высокоскоростных сетей передачи данных. В модели BOC/OSI стандарту GE соответствуют канальный и физический уровни.

Оборудование Ethernet всех поколений совместимо друг с другом и использует открытые стандарты. Поверх Ethernet возможна передача голоса, данных, видео. Технология многоадресной рассылки позволяет доводить до каждого пользователя неограниченное количество телевизионных и телефонных каналов, а скорость среды передачи данных дает возможность обеспечивать доступ пользователей к услугам на скоростях в сотни мегабит и гигабит в секунду уже сегодня.

Как отмечалось выше, большинство традиционных операторов используют в своих транспортных сетях технологию SDH. Отсюда вытекает вывод о целесообразности разворачивания мультисервисных сетей поверх существующих сетей SDH. Идея демонтировать SDH и перейти напрямую на ОВ с использованием WDM не целесообразно из экономических соображений. Однако по своей идеологии мультисервисная сеть отличается от сети SDH, в первую очередь, по набору ориентированных на область применения функциональных свойств. В данном случае наиболее проблемным является участок доступа. Развитие транспортной сети на этом участке обеспечивает развитие сети в будущем.

1.6. Транспортные телекоммуникационные технологии мультимедийной сети связи на основе MPLS

Одним из перспективных направлений построения современной сетевой инфраструктуры является использование оптических технологий для организации высокоскоростной магистральной сети и единой системы сигнализации, позволяющей объединять различные типы сред и систем передачи информации. В качестве такой объединяющей технологии в настоящий момент рассматривается технология многопротокольной коммутации по меткам (Multiprotocol Label Switching, MPLS). Данная технология представляет собой попытку ускорить продвижение IP-пакетов и сохранить гибкость, характерную для IP-сетей, с помощью механизмов управления трафиком и поддержания качества обслуживания, применяющихся в сетях ATM. Внедрение технологии MPLS позволяет сохранить все лучшее, что присуще архитектуре IP-over-ATM (эффективное мультиплексирование и гибкость трафика, высокая производительность), и при этом она еще больше повышает масштабируемость сетей, упрощает их построение и эксплуатацию. Важно и то, что MPLS может использоваться не только с ATM, но и с любой другой технологией канального уровня. MPLS использует и развивает концепцию виртуальных каналов, используемых в сетях Х.25, Frame Relay, объединяя ее с техникой выбора путей на основе информации о топологии и текущей загрузке сети, получаемой с помощью протоколов маршрутизации сетей IP. Это упрощает переход к следующему поколению волоконно-оптических магистралей Интернет на основе технологий SDH/WDM или IP/WDM.

MPLS - это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. MPLS сочетает в себе управление трафиком, характерное для технологий канального уровня, масштабируемость и гибкость протоколов сетевого уровня.

«Много протокольность» в названии технологии означает, что MPLS -инкапсулирующий протокол и может транспортировать множество других протоколов (рис. 1.15).Сети ряда Интернет-провайдеров построены сегодня на основе многоуровневой модели, подразумевающей, что логическая маршрутизируемая IP-сеть функционирует поверх коммутируемой топологии второго уровня (ATM либо Frame Relay) и независимо от нее. Коммутаторы второго уровня обеспечивают высокоскоростные соединения, в то время как IP-маршрутизаторы на периферии сети, связанные друг с другом сетью виртуальных каналов второго уровня, осуществляют интеллектуальную пересылку IP-пакетов. Таким образом, MPLS - это один из шагов на пути эволюционного развития сети Интернет в сторону упрощения ее инфраструктуры путем интеграции функций второго (коммутация) и третьего (маршрутизация) уровней.

Рис. 1.15. Технология MPLS в IP-сетях и модель OSI/ISO

В спецификации технологии MPLS заложен принцип разделения функций транспортировки потоков и управления ими (рис. 1.15). Отделение управляющей компоненты от пересылающей позволяет разрабатывать и модифицировать каждую из них независимо. Естественное обязательное требование состоит в том, чтобы управляющая компонента могла передавать информацию пересылающей компоненте через таблицу пересылки пакетов. Управляющая компонента задействует стандартные протоколы маршрутизации (OSPF, IS-IS,BGP-4) для обмена информацией с другими маршрутизаторами. На основе этой информации формируется и модифицируется сначала таблица маршрутизации, а затем, с учетом информации о смежных системах на каждом интерфейсе - таблица пересылки пакетов. Когда система получает новый пакет, пересылающая компонента анализирует информацию, содержащуюся в его заголовке, ищет соответствующую запись в таблице пересылки и направляет пакет на выходной интерфейс. Пересылающая компонента практически всех систем многоуровневой коммутации, включая и MPLS, основана на использовании последовательных меток пакетов. Метка - это короткое поле фиксированной длины в заголовке пакета.

С помощью MPLS можно решать следующие задачи:

- интеграцию ATM и Frame Relay с IP;

- ускоренное продвижение пакетов внутри сети оператора вдоль кратчайших традиционных маршрутов;

- создание виртуальных частных сетей (VPN);

- выбор и установление путей с учетом загрузки ресурсов (Traffic Engineering, ТЕ).

Элементы сети MPLS

В сетях, многопротокольной коммутации по меткам (MPLS-сетях),используются два вида сетевых узлов. Расположенные на границе сети MPLS маршрутизаторы должны распознавать и анализировать поступающие IP-потоки и направлять их по подходящим маршрутам. Эти устройства называются пограничными маршрутизаторами с коммутацией меток (Label Edge Router.LER). Различают входной и выходной LER. Входной LER анализирует, как и обычный маршрутизатор, IP-заголовок и устанавливает, к какому классу эквивалентного обслуживания (Forwarding Equivalency Class, FEC) при выборе адреса следующей передачи пакета он принадлежит. FEC - класс пакетов сетевого уровня, которые получают от сети одинаковое обслуживание как при выборе пути продвижения пакета, так и с точки зрения доступа к ресурсам.

Абстрагирование отдельных пакетов в класс эквивалентности(или класс эквивалентного обслуживания, что одно и то же) FEC позволяет объединять большое количество потоков трафика, требующих одинаковой обработки. Объединенные в класс эквивалентности FEC потоки трафика идентифицируются одной и той же MPLS-меткой. Возможность объединения потоков трафика независимо от адреса сетей назначения значительно увеличивает возможность MPLS к масштабированию за счет уменьшения объема информации о маршрутах, хранимой и обрабатываемой маршрутизаторами коммутации меток (LSR-маршрутизаторами).

IP-дейтаграмма заключается в модуль данных протокола (Protocol Data Unit, PDU) технологии MPLS, а заголовок MPLS прикрепляется к дейтаграмме. Если заголовок объединен с операцией QoS(например, DiffServ), то входной LER будет рассматривать трафик в соответствии с правилами DiffServ. Далее LER принимает решение о выборе пути для данного пакета, посылая его к соответствующему транзитному маршрутизатору с коммутацией меток (Label Switch Routers, LSR). LSR получает PDU и использует заголовок MPLS для принятия решений пересылки. Он также производит замену меток.

Данный LSR не занимается обработкой заголовка третьего уровня (IP-заголовка), а принимает решение о пересылке на основе метки пакета, а не на основе таблицы маршрутизации, и пересылает пакет дальше. Далее, проходя, в общем случае, через несколько LSR, пакет попадает к выходному LER, который производит операцию разборки PDU, удаляет из пакета метку, анализирует заголовок пакета и направляет его к адресату, находящемуся вне MPLS-сети (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Элементы сети MPLS

Пакеты, принадлежащие одному классу FEC, проходят путь от входного LER до выходного LER через множество транзитных LSR, образуя виртуальный коммутируемый по меткам тракт или путь (Label Switched Path, LSP). Установленное соединение является симплексным. Для организации полудуплексного соединения должны быть установлены два LSP. LSP всегда начинается на крае сети, заканчивается на противоположном конце, проходя через несколько транзитных маршрутизаторов.

Рис. 1.17. Место метки (прокладки) MPLS и ее формат

Технология многопротокольной коммутации с помощью меток (MPLS)

Технология MPLS (Multiprotocol Label Switching) использует коммутацию пакетов с помощью меток и применяется для доставки информации в транспортной сети NGN(рис. 1.17).

В формате метки имеется четыре поля: время жизни пакета (Time to Live) - 8 битов; индикатор стека меток (Stack Identifier, SI) - 1 д_ит(SI = 1 - последняя (нижняя) метка стека); признак приоритетности кадра (Ехр) - 3 бита; собственно метка (Label) - 20 битов.

Рис. 1.18. Граничные (Label Edge Router, LER) и транзитные маршрутизаторы (Label Switching Router, LSR) домена MPLS

Рис. 1.19. Путь (Path), связывающий с помощью LSRдва граничных маршрутизатора; в LSRпакеты коммутируются с помощью меток

На рис. 1.18 показаны граничные (Label Edge Router, LER) и транзитные маршрутизаторы (Label Switching Router, LSR) домена MPLS, комму-тирующие пакеты с помощью меток.

На рис. 1.19 показан путь (Path), связывающий с помощью LSR два граничных маршрутизатора. В LSR пакеты коммутируются с помощью меток.

На рис. 1.20 показан способ доставки данных двух классов (Forwarding Equivalence Class, FEC) в домене MPLS.

Потоки пакетов IPпересылаются через Интернет без гарантий качества доставки. Если информация пользователей чувствительна к задержке, потерям, джиттеру задержки, то для пакетов предварительно может быть создан путь в домене MPLS, показатели качества доставки в котором гарантируются. Для каждого класса доставки (FEC) пакетов может быть создан отдельный путь.

Рис. 1.20. Доставка данных двух классов (FEC- Forwarding Equivalence Class) в домене MPLS

На рис. 1.20 показаны два пути для помеченных пакетов классов А (стек меток L5, L7 домена с технологией ATM) и В (стек меток L11, L33 домена с технологией FR) с определенными гарантиями качества доставки информации.

На рис. 1.21 показаны метки (L3, L5, L9, L20), уникальные на каждом пути и которые используются для коммутации пакетов в доменеMPLS.

Путь, созданный для доставки помеченных пакетов от входного граничного маршрутизатора LERА (слева на рис. 1.21) до выходного маршрутизатора LERВ, может состоять из нескольких звеньев. В каждом звене используется уникальная метка.

На рис.1.22 показан стек (Push) меток (L2/L1) и туннелирование потока пакетов через сеть 2.

Рис. 1.21. Метки, уникальные в каждом звене, используются для коммутации пакетов в домене MPLS

Рис.1.22. Стек (Push) меток и туннелирование потока пакетов через сеть 2

Сеть 1 может принадлежать одному оператору, а сеть 2 - другому. Путь доставки помеченных пакетов может проходить через две сети и более. Для доставки пакетов между двумя граничными маршрутизаторами в сети 1 может использоваться нижняя метка L1, а при доставке тех же пакетов в транзитной сети 2 — верхняя метка стека L2. Таким образом, в сети 2 образуется туннель для помеченных пакетов с меткой L1.

На рис. 1.23 показано создание пути, коммутируемого с помощью меток (Label Switched Path, LSP), и доставка пакетов IPчерез домен MPLS.

Рис. 1.23. Создание пути, коммутируемого с помощью меток (Label Switched Path, LSP), и доставка пакетов IPчерез домен MPLS:

LER1 - входящий пограничный маршрутизатор;

LER4 - выходной пограничный маршрутизатор;

LSR1, LSR2, LSR3 - транзитные маршрутизаторы, коммутирующие пакеты

с помощью меток

Доставка пакетов IPпо своей природе не требует установления соединения, так как маршрутизация каждого пакета осуществляется на основе информации, содержащейся в его заголовке.

Совокупности пакетов, поступающих на входной порт LER1, присваивается класс доставки (Forwarding Equivalence Class, FEC). Для доставки этой совокупности пакетов LER1 запрашивает метку у LER4. Протокол распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP) подготавливает путь от LERIк LER4, распределяя метки вдоль пути, коммутируемого с помощью меток. После этого помеченные пакеты будут передаваться от источника (Source) к получателю (Destination) по виртуальному соединению «LERI- LSR1 - LSR2 - LSR3 - LER4» домена MPLS. Распределение меток обеспечивает наличие у смежных маршрутизаторов общего отображения привязки меток к FEC(классу доставки).

В технологии MPLSиспользуется принцип разделения маршрутизации и доставки (пересылки). На рис. 1.24 приведены протоколы маршрутизации прикладного уровня, которые используют план распределения информации (ПРИ) и топологию сети для формирования таблиц маршрутизации и коммутационных таблиц для коммутирующих маршрутизаторов LERи LSR.

Рис. 1.24. Разделение маршрутизации и доставки (пересылки) при применении технологии MPLS

Базовые компоненты MPLSразделены на следующие уровни:

— протокол маршрутизации сетевого уровня (network layer IP routing protocols);

— доставка данных внесетевого уровня (edge of network layer forwarding);

— коммутация с использованием меток в ядре сети (core network label- based switching);

— детализация и схем техника меток (label schematics and granularity);

— сигнальный протокол для распределения меток (signaling protocol for label distribution);

— управление трафиком (traffic engineering);

— совмещение вариантов доставки данных на втором протокольном уровне (ATM, frame relay, РРР) – compatibility with various Layer-2 forwarding paradigms (ATM, frame relay, PPP).

На рис. 1.25 приведен стек протоколов MPLS.

Рис. 1.25. Стек протоколов MPLS:

LDP (Label Distribution Protocol) - протокол распределения меток;CR-LDP- LDP+ «Constraint» based «Routing» (протокол распределения меток +маршрутизация на основе ограничений);LIB (Library) - библиотека программ и данных;MPLSFwd- доставка данных с помощью технологии MPLS;IPFwd- доставка данных с помощью протокола IP;TCP (Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей;UDP (User Datagram Protocol) - протокол передачи датаграмм пользователя

На прикладном уровне решаются задачи маршрутизации, распределения меток (LDP). Доставка сигнальных сообщений протокола LDPможет быть поддержана протоколами TCPи UDPтранспортного уровня Интернета. Протоколы маршрутизации и распределения меток используют оперативную информацию библиотеки программ и данных (LIB). Протокол маршрутизатора IPс функциями MPLSиспользует таблицу коммутации (MPLSFwd) для присвоения пакетам меток. Дополнительные данные для маршрутизации пакетов в домене MPLS, отсутствующие в заголовке пакетов IPи учитывающие требования протоколов верхних уровней, могут быть получены из библиотеки программ и данных.

Контрольные вопросы

1. Перечислите названия семи уровней модели взаимодействия открытых систем.

2. Из каких соображений должно выбираться число уровней модели ВОС?

3. Считаете ли Вы оптимальным выбранное число уровней модели ВОС?

4. Какие среды передачи информации можно использовать в мультисервисной сети?

5. Какие виды медных кабелей можно задействовать в мультисервисной сети?

6. Какие недостатки имеют низкочастотные медные кабели?

7. Из каких компонентов состоит оптическое волокно?

8. Чем характеризуется передача сигналов в оптическом волокне?

9. Какие оптические волокна (многомодовые или одномодовые) имеют большую полосу пропускания?

10. Какими преимуществами характеризуется SDH по сравнению с PDH?

11. Каковы перспективы использования SDH на транспортных сетях?

12. Что такое мультисервисная платформа SDH? И что дает использование этой платформы?

13. В чем заключается сущность волнового уплотнения?

14. Чем отличаются друг от друга технологии WWDM, DWDM, CWDM, HWDM?

15. Сколько уровневой является архитектура протоколов Интернет?

16. Почему технология ATM считается по сравнению с другими наиболее «мультисервисной»?

17. Какие функции выполняет подуровень конвергенции ATM?

18. Каковы перспективы использования технологии Ethernet в мультисервисных сетях связи?

2.Услуги для мультимедийных сетей связи

2.1. Виды услуг связи и особенности их реализации

Принципы классификации услуг. Сегодня услуги операторов связи часто классифицируются по одно ранговому принципу и можно, например, увидеть список из таких услуг, как телефония, IP, VPN, DSL. Нечеткая классификация услуг нередко приводит к проблемам при разработке политики продаж и маркетинга и сказывается на сроках окупаемости создаваемой инфраструктуры и эффективности капиталовложений. Поэтому услуги оператора связи целесообразно классифицировать с использованием многомерной структуры, основываясь на системе классификаторов.

Основные из них приведены ниже в порядке, который соответствует их важности:

- классификация услуг по типу передаваемой информации (контенту);

- классификация услуг по способу обеспечения доступа клиента к услуге;

- классификация услуг по типу клиента;

- классификация услуг по типу обмена информацией.

Кроме того, вдобавок к приведенным выше способам классификации, для каждого типа услуг возможно подразделение по следующим признакам:

- по приоритетности внедрения и важности - базовые (основные) услуги и дополнительные (услуги с добавленной ценностью), при этом оказание дополнительной услуги возможно только при наличии базовой;

- по маркетинговой функции - услуги, ориентированные в основном на получение дохода, и услуги, направленные в основном на привлечение клиентов (приносящие доходы косвенным путем через оказание прочих услуг привлеченным таким образом клиентам).

Классификация услуг по типу передаваемой информации, несомненно, является основной. Однако и другие способы классификации часто являются необходимыми, поскольку помогают выделить особенности предоставления услуги, четко отделить ее от смежных услуг и описать область применения.

Классификация услуг по типу передаваемой информации (контенту).

В соответствии с данным способом классификации услуги подразделяются, прежде всего, на следующие категории:

- услуги телефонии (и видеотелефонии);

- услуги передачи данных;

- широковещательные услуги;

- услуги выделенных каналов (услуги, безразличные к типу передаваемой информации);

- инфраструктурные услуги.

Под услугами телефонии подразумеваются услуги передачи голоса, конечными потребителями которых являются индивидуальные клиенты, взаимодействующие в основном с другими подобными клиентами в интерактивном режиме. Данные услуги подразделяются, прежде всего, на услуги фиксированной и мобильной телефонной связи. Кроме того, из данного типа услуг в настоящее время постепенно происходит выделение услуг передачи видео (видеотелефонии), частным видом которых является, например, услуга видеоконференцсвязи (как альтернатива телефонной конференцсвязи).

В настоящее время, в связи с активно происходящими процессами конвергенции сетей, границы между услугами телефонии и другими видами услуг нередко размываются. Однако и сегодня основным принципом, по которому телефонную услугу можно отделить от других, является то, что она связана с коммутацией каналов на основе анализа адресов (телефонных номеров) вызываемого (иногда и вызывающего) абонентов.

Основной расчетной единицей телефонной услуги является «минута соединения» и это не зависит ни от инфраструктуры сети (TDM, VoIP), ни от типа клиента (субпровайдерам и корпоративным клиентам «минуты» могут продаваться оптово), ни от типа доступа.

Дополнительные услуги (например, услуги интеллектуальной сети) также тарифицируются в «минутах» пользования данной услугой. Существуют случаи так называемых «безлимитных» тарифных планов, и, если поминутная тарификация услуг оператором не производится, критерием отнесения данной услуги к услугам телефонии может быть коммутация телефонного канала в сети оператора.

Услуги передачи данных подразделяются в свою очередь на услуги IP, ATM, FR, X.25 и т.п., в зависимости от протокола, на основании анализа заголовков пакетов которого производится соединение абонента с адресатом (коммутация). Расчеты производятся, главным образом, исходя из передаваемого трафика, который измеряется непосредственно либо косвенно, например, на основе соглашений об уровне обслуживания (SLA) или емкостью канала и временем его использования. При предоставлении услуг с использованием многопротокольной среды передачи данных и при наличии разнородного трафика в сети зачастую непросто «разделить» услуги, т.е. выделить доли трафика, приходящиеся на каждую из них. Проще всего это сделать путем подсчета IP-пакетов, ATM-ячеек, FR или Х.25 кадров. Результаты такого подсчета затем могут быть использованы при выставлении счетов за услуги. При отсутствии тарификации трафика в многопротокольной сети услугу можно отнести к услуге выделенных каналов.

Широковещательные услуги предполагают однонаправленную передачу информации одновременно большому кругу клиентов. К ним относятся в первую очередь услуги теле- и радиовещания. В последнее время происходит расширение спектра этих услуг за счет таких направлений, как, например, интерактивное телевидение и т.п. Услуги выделенных каналов предполагают предоставление канала с тарифной политикой, не зависимой от типа и количества передаваемого трафика и степени использования канала. Различие тарифов происходит только по типу канала и его максимальной пропускной способности.

Инфраструктурными услугами можно назвать такие, которые непосредственно не связаны с передачей клиентом информации. Это могут быть услуги, связанные со сдачей в аренду инфраструктуры (помещений или оборудования), а также разного рода консультационные услуги. Кроме того, это могут быть и определенного рода работы, например, строительство или проектирование телекоммуникационной сети другого оператора или корпоративного клиента.

Классификация услуг по типу клиента. Классификация по типу клиента подразделяет услуги на следующие группы:

- услуги, оказываемые другим операторам связи (провайдерам);

- услуги, оказываемые корпоративным клиентам;

- услуги, оказываемые индивидуальным пользователям.

Эти группы существенно отличаются одна от другой, как по номенклатуре услуг, так и по требованиям к степени развития инфраструктуры оператора. Номенклатура услуг, оказываемых другим операторам, обладает рядом особенностей, поскольку отношения с другими операторами обычно строятся либо по схеме «оптовый оператор» - «розничный оператор», что приводит к появлению оптовых продаж ресурсов, либо на основе равноправных отношений, что приводит к услугам обмена информацией (терминации трафика).

Корпоративных клиентов также часто подразделяют на крупных и мелких. Мелкие корпоративные клиенты характеризуются тем, что потребляют в основном тот же набор услуг, что и индивидуальные пользователи (базовая телефония, коммутируемый доступ, DSL и т.д.), оперирование которыми происходит на базе отдельных телефонных номеров, IP-адресов и т.п.

Классификация услуг по способу доступа клиента. Классификация по способу доступа позволяет конкретизировать способ предоставления базовой услуги и указывает на технологии нижних уровней сетевой иерархии, лежащих в основе инфраструктуры, используемой для предоставления данной услуги. Способы доступа могут быть, например, следующие:

- коммутируемые телефонные каналы;

- каналы SDH различной пропускной способности;

- каналы Frame Relay различной пропускной способности;

- каналы ATM различной пропускной способности;

- каналы HDLC с различной скоростью передачи;

- каналы Ethernet с различной скоростью передачи;

- технологии xDSL (ADSL, SDSL, SHDSL);

- пассивные оптические сети (Passive Optical Network, PON);

- гибридные сети на основе коаксиального кабеля и оптического волокна (HFC);

- сети беспроводного доступа.

С использованием приведенной здесь классификации можно конкретизировать описание предлагаемой услуги. Например: «Предоставление доступа в Интернет по каналам Frame Relay и с использованием технологий ADSL» подразумевает предоставление двух различных услуг, первая из которых может быть ориентирована в основном на операторов и корпоративных клиентов, вторая - на корпоративных и индивидуальных клиентов.

2.1.1.Классификация услуг связи по типу обмена информацией

Взаимодействие с клиентами и партнерами может быть равноправным и неравноправным и в зависимости от этого подразделяться на следующие типы:

- предоставление доступа к ресурсам своей сети (и, возможно, через ресурсы своей сети к ресурсам других сетей);

- двусторонний обмен;

- транзит;

- центр обмена информацией (с центром взаиморасчетов или без него).

Предоставление доступа к ресурсам сети - это основная форма взаимодействия с корпоративными и индивидуальными клиентами, но эта услуга может предоставляться и операторам. В то же время, если через свою сеть оператор предоставляет доступ к ресурсам других сетей, то различают локальный, межрегиональный и международный типы доступа. При двустороннем соглашении об обмене информацией (терминации трафика) операторы могут как предоставлять, так и потреблять услуги партнера, получая доход от терминации трафика или за исходящий трафик, в зависимости от типа услуги. Такой обмен, в зависимости от соглашения, также может подразделяться или не подразделяться на локальный, межрегиональный или международный.

Соглашение о транзите предполагает использование ресурсов сети оператора для передачи информации между точками присутствия двух операторов или одного оператора (или корпоративного клиента) и также может подразделяться по региональному принципу. При отсутствии тарификации по объему передаваемого трафика такой вид услуги сводится к аренде выделенного канала. При наличии у оператора большого количества двусторонних соглашений о транзите (терминации) возможна организация Центра обмена информацией на основе сети оператора (а, возможно, и взаиморасчетов - clearing house). При этом другие операторы, пользующиеся услугами Центра, не заключают двусторонних соглашений об обмене с другими операторами, а фактически используют для обмена информацией с другими операторами услуги транзита, предоставляемые Центром. Естественно, организация такого Центра возможна и оправдана только тогда, когда заключение двусторонних договоров каждого с каждым становится менее выгодным, чем одного договора с Центром. Это происходит за счет минимизации накладных расходов и инфраструктуры, а также возможности получения дополнительных услуг, например услуг клирингового центра.

Если рассматривать услугу Центра обмена информацией для корпоративного клиента, объединяющего свои офисы, и, возможно, мобильных и домашних пользователей с использованием различных технологий доступа, то в таком варианте эта услуга будет представлять собой услугу виртуальной частной сети (ВЧС) клиента.

2.1.2. Базовые и дополнительные услуги связи. Высокодоходные услуги связи и услуги, выполняющие маркетинговые функции.

Дополнительные услуги (услуги с добавленной ценностью), предлагаемые совместно с базовыми услугами, могут приносить доход, сопоставимый, а иногда и превышающий доход от предоставления базовой услуги. Иногда, тем не менее, дополнительные услуги могут и не приносить существенного дохода, а иногда и просто быть убыточными, если не рассматривать их совместно с предоставлением базовой услуги. Это бывает в тех случаях, когда дополнительная услуга предназначена для привлечения клиентов основной услуги.

Приведем несколько примеров таких дополнительных услуг.

1. Установка серверов коммутируемого доступа в Интернет в своей сети. Эта услуга, несомненно, выгодна оператору, поскольку позволяет получать дополнительный доход от пользователей Интернет по тарифам, взимаемым за доступ к сети Интернет. Однако, как известно, все звонки, создаваемые пользователями ТфОП, звонящими на серверы доступа, находящиеся в сети оператора, терминируются в сети оператора. Поэтому оператор при каждом таком звонке получает дополнительные «терминированные минуты», за которые в соответствии с межоператорскими соглашениями он может взимать плату с операторов, с которыми такие соглашения заключены. Поэтому, например, в Европе и США в последнее время стала популярной услуга «бесплатного доступа в Интернет». Она, конечно, не бесплатна, просто доходы взимаются не непосредственно от доступа в Интернет, а за счет отчислений от повременной оплаты разговоров, взимаемых телефонным оператором клиента.

2. Предоставление интеллектуальных услуг также имеет двойную выгоду. Во-первых, эти услуги сами по себе приносят неплохой доход, и, кроме того, каждый такой звонок повышает входящий трафик оператора, образуя дополнительные доходы таким же образом, как и в предыдущем примере

3. Услуги хостинга, например, Web-серверов клиентов обычно приносят не очень большой доход. Однако размещение Web-сервера крупнейшего контент-провайдера (новостного канала, поисковой машины или хранилища баз данных пользующейся широким спросом видео или аудиоинформации) может значительно увеличить исходящий IP-трафик оператора за счет клиентов других операторов, обращающихся к данной информации, а это может дать дополнительный доход по договорам обмена информацией с другими провайдерами Интернет (Internet Service Provider) (ISP). Поэтому очень часто даже бесплатный Web-хостинг бывает очень выгоден и позволяет зарабатывать на увеличении трафика.

МРК могут широко использовать дополнительные услуги и как самостоятельный источник доходов, и как средство привлечения клиентов и увеличения доходов от предоставления основных услуг.

Услуги, входящие в группу услуг телефонии.

Поскольку самыми массовыми услугами все-таки являются услуги, оказываемые индивидуальным клиентам, основное внимание нужно уделить вопросам проработки сценариев работы с этими клиентами. Но в то же время, необходимо иметь в виду, что рынок услуг для операторов связи и корпоративных клиентов может обеспечить значительно более быстрый рост доходов за счет оптовых продаж услуг. Таким образом, необходимо оценить возможные наборы услуг для всех трех сегментов клиентов.

Для индивидуальных клиентов:

- предоставление услуг телефонной связи;

- оказание дополнительных услуг добавленной ценности (интеллектуальных услуг).

Для операторов связи (региональных и международных):

- транзит/терминация трафика международных операторов;

- транзит/терминация междугородного трафика операторов;

- транзит/терминация трафика IP-телефонии;

- оказание услуг взаиморасчетов между операторами телефонии и IP-телефонии (clearing house);

- организация шлюзов международного доступа для операторов телефонии и IP-телефонии;

- услуги по организации и распределению «виртуальных модемных пулов» коммутируемого доступа;

- оказание дополнительных услуг добавленной ценности (интеллектуальных услуг).

Для корпоративных клиентов (государственные организации, коммерческие предприятия):

- предоставление услуг телефонной связи;

- организация «голосовых VPN»;

- организация услуг международного (междугородного) доступа;

- оказание дополнительных услуг добавленной ценности (интеллектуальных услуг).

Здесь не оговариваются отдельно услуги телефонии, связанные с предоставлением выделенных линий.

2.1.3. Услуги передачи данных.

Как было отмечено выше, достаточно сложно систематизировать услуги связи, в частности, непросто упорядочить услуги передачи данных, так как рассматривать их можно по различным классификационным признакам. Одним из типов классификации услуг связи является разделение услуг по типу предаваемой информации (контенту):

- услуги передачи информации по протоколу ATM;

- услуги передачи информации по протоколу FR;

- услуги передачи информации по протоколу IP и т.д.

Однако очевидно, что данный список описывает базовые, формальные функции, реализуемые оборудованием и телекоммуникационной сетью в целом. В настоящем разделе предлагается систематизировать услуги по типу обмена информацией, при этом номенклатура услуг формируется как комбинация вышеописанных базовых функций и представляет собой следующий перечень основных услуг:

- предоставление доступа к ресурсам и услугам магистральной сети связи на базе протокола IP, ATM, FR, X.25;

- обмен трафиком данных по протоколу IP, ATM, FR, X.25;

- транзит трафика IP, ATM, FR, X.25;

- организация виртуальных частных сетей на базе протоколов IP, ATM, FR, X.25.

Кроме того, имеются услуги основанные на передаче данных:

- услуги выделенных линий, предоставление в аренду цифровых каналов со скоростью N/х64 кбит/с, Е1, ЕЗ;

- услуги организации широкополосных видеоконференций;

-услуги организации сети распределения телевизионных и радиовещательных программ.

Наиболее популярной из услуг передачи данных в последние годы является услуга передачи данных по протоколу IP. Основную роль в этой популяризации сыграло распространение Интернет, а также предоставляемых на его основе услуг (доступ к ресурсам Интернет провайдеров и конечных пользователей, услуги электронной торговли и т.д.). Однако рост популярности Интернет услуг вовсе не означает роста доходов операторов связи, предоставляющих эти услуги, и связано это в первую очередь с падением тарифов на предоставление услуги Интернет.

Однако рынок услуг Интернет достаточно перспективен, поэтому предоставление услуг Интернет необходимо организовывать на базе единой мультисервисной сети связи наряду с предоставлением других услуг передачи данных.

2.2.Мультимедийные информационные потоки

В зависимости от типа предоставляемого сервиса выделяются две основные категории мультимедийного трафика.

1. Трафик реального времени, предоставляющий мультимедийные услуги для передачи информации между пользователями в реальном масштабе времени.

2. Трафик обычных данных, который образуется традиционными распределенными услугами современной телекоммуникационной сети, таких, как электронная почта, передача файлов, виртуальный терминал, удаленный доступ к базам данных и др.

Основной тенденцией в развитии современных телекоммуникационных сетей является поддержка различных видов сервиса, в том числе мультимедийного. Требования различных типов мультимедийного трафика к сетевым ресурсам могут отличаться весьма существенно. Например, обычный трафик, как правило, не налагает особых ограничений на время его доставки до получателя. Все что требуется такому трафику, - это выделение ему минимальной пропускной способности. Другим примером может быть трафик для проведения видеоконференций в реальном масштабе времени. Он требует не только значительной пропускной способности, но также и минимизации времени доставки видеокадров до получателя. Кроме того, качество проведения сеанса видеоконференции не будет удовлетворительным, если задержки пакетов информации имеют слишком нерегулярный характер. В данном случае к ресурсам сети предъявляются жесткие требования по многим параметрам. Эти параметры подробно будут рассмотрены ниже.

Параметры мультимедийного трафика

Имеется множество моделей описания трафика в различных телекоммуникационных сетях. В общем случае мультимедийный трафик некоторой услуги представляется в виде случайного процесса. Пусть мгновенное значение трафика - есть число блоков информации, которые генерирует соответствующий сервис в единицу времени. Тогда в наиболее общем случае случайный процесс B(t) описывается семейством функции распределения FB(t) (х), где

Практическое использование такого метода описания затруднительно [не создан математический аппарат, обеспечивающий оценку параметров качества такой нестационарной нагрузки общего вида, сложность в адекватном оценивании семейства функции распределения FB(t)(x)].

Для изучения параметров мультимедийного трафика, как правило, используется ряд характеристик, которые определены рекомендациями ITU-T. Эти характеристики описывают интегральные параметры случайного процесса B(t), пример реализации которого приведен на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Основные параметры мультимедийного трафика

К характеристикам трафика, который генерируется различными мультимедийными услугами, относятся следующие:

- значения трафика (мгновенное, максимальное, пиковое, среднее и минимальное), бит/с;

- коэффициент пачечности трафика (пульсация);

- средняя длительность пикового трафика;

- средняя длительность сеанса связи;

- форматы элементов трафика;

- максимальный, средний, минимальный размеры пакета;

- интенсивность трафика запросов.

Максимальное значение трафика . Максимальное число блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу времени, определяется как:

Пиковое значение трафика. Трафик соответствующего сервиса, который превышает установленный для него пиковый порог .

Среднее значение трафика. Среднее число блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу времени, определяется как

где T⁽^s⁾ -длительность сеанса связи.

Минимальное значение трафика.. Минимальное число блоков информации, которое соответствующий сервис генерирует в единицу времени, определяется как

Коэффициент пачечности трафика К. Определяется как отношение между максимальным и средним трафиком соответствующего сервиса. Коэффициент пачечности вычисляется по формуле:

Средняя длительность пика . Средняя длительность интервала времени, в течение которого, соответствующий сервис генерирует пиковый трафик, вычисляется по формуле:

где N(P) - число пиков в течение сеанса связи; Тi(P) – длительность i-пика процесса B(t), i = 1, N(P), а длительность i-пика определяется выражением

где - моменты начала и окончания i-пика, которые определяются следующими выражениями:

Перечисленные выше параметры используются для описания трафика соответствующего сервиса в течение одного сеанса связи с абонентом сервиса.

Интенсивность запросов λ на получение обслуживания абонентами сети у соответствующего сервиса определяется как среднее число поступивших запросов на обслуживание в единицу времени.

Средняя длительность сеанса связи T^s - средняя продолжительность интервала времени, в течение которого соответствующий сервис обслуживает поступивший запрос.

Максимальный размер пакета - максимальный размер элемента трафика в битах (элемент трафика передается адресату как единое целое).

Таблица 2.1. Параметры трафика мультимедийных услуг (типичные значения)

Средний размер пакета - средний размер элемента трафика в битах.

Минимальный размер пакета - минимальный размер элемента трафика в битах.

Некоторые типичные параметры трафика, генерируемого соответствующими источниками, приведены в табл. 2.1.

Понятие о самоподобном трафике

Многочисленные исследования, проведенные за последнее десятилетие учеными разных стран, позволяют утверждать, что трафик современных телекоммуникационных сетей с коммутацией пакетов обладает особой структурой, не позволяющей использовать при проектировании привычные методы, основанные на марковских моделях и формулах Эрланга, которые хорошо себя зарекомендовали как аппарат для проектирования телефонных сетей с коммутацией каналов. Игнорирование этих особенностей телетрафика приводит к недооценке нагрузки и к неоправданно оптимистическим решениям.

Особенности, о которых идет речь, вызваны проявлением эффекта самоподобия телетрафика. В самоподобном трафике присутствует некоторое количество достаточно сильных выбросов на фоне относительно низкого среднего уровня, что значительно увеличивает задержки и джиттер при прохождении самоподобного трафика через сеть, даже в случаях, когда средняя интенсивность трафика намного ниже потенциально достижимой скорости передачи в данном канале.

Самоподобные процессы относятся к процессам с длинной памятью, что позволяет предсказать их будущее, зная относительно недавнее прошлое. Заметим, что прогнозирование телетрафика чрезвычайно важно при разработке алгоритмов работы сетей, обеспечивающих повышение качества обслуживания (QoS). Для провайдеров услуг прогнозирование загрузки сетей позволяет планировать их своевременное развитие.

К настоящему времени показано, что самоподобной структурой обладает трафик в проводных сетях при использовании широко распространенных протоколов Ethernet, OKC 7, VoIP, TCP и др. Аналогичные эффекты обнаружены в сотовых телефонных сетях с коммутацией пакетов. Рассмотрим далее, некоторые математические выкладки, иллюстрирующие особенности самоподобных процессов.

Пусть X = (Х₁ Х₂,...) - полубесконечный отрезок стационарного в широком смысле случайного процесса дискретного аргумента (времени) . Обозначим через среднее и дисперсию процесса X соответственно, а через

- автокорреляционную функцию и автоковариацию процесса X. Так как процесс X - стационарный в широком смысле, среднее µ, дисперсия D[X] = σ² = b(0), коэффициент корреляции r{k) и автоковариация b{k) не зависят от времени t и r(k) = r(~k), b(k) = b(-k).

Допустим, процесс X имеет автокорреляционную функцию следующего вида:

где 0 < β < 1 и L1 - медленно меняющаяся на бесконечности функция, т. е. для всех х > 0 (примерами медленно меняющейся функции могут служить

Обозначим Х(т) = (X1(m) X2(m),…) - усредненный по блокам длины m процесс Х, компоненты которого определяются равенством

В дальнейшем изложении будем называть такой ряд - агрегированным.

Обозначим через rm(k), bm(k) и Vm = bm(0) коэффициент корреляции, автоковариацию и дисперсию процесса Х(т) соответственно.

Приведем ниже определение строго самоподобного в широком смысле процесса.

Определение. Процесс X называется строго самоподобным в широком смысле [ССШС] (exactly second-order self-similar) с параметром Н= 1 - (β/ 2), 0<β<1, если

т. е., что ССШС процесс не меняет свой коэффициент корреляции после усреднения по блокам длины т.

Другими словами, X - ССШС, если агрегированный процесс Х(m) неотличим от исходного процесса X, как минимум, в отношении статистических характеристик второго порядка.

Определение. Процесс X называется асимптотически самоподобным в широком смысле (АСШС) [second-order asymptotical selfsimilarity] с параметром Н= 1 - (β /2), 0 < β < 1, если

Смысл этого определения состоит в том, что X является АСШС процессом, если после усреднения по блокам длины т и при т → ∞ он сходится к ССШС процессу.

Вместе с понятием ССШС существует понятие просто самоподобного процесса, которое для большего терминологического различия мы будем называть самоподобным в узком смысле процессом СУС.

Определение. Процесс X называется самоподобным в узком смысле (СУС) [strictly self-similarity] с параметром Н = 1 - (β /2), 0 < β< 1, если справедливо выражение

которое понимается в смысле равенства распределений. Связь между процессами ССШС и СУС аналогична связи между процессами, стационарными в широком и узком смыслах.

Параметры качества обслуживания мультимедийного трафика в сетях.

При передаче разного вида трафика, каждому пользователю должно быть представлено телекоммуникационное (транспортное) соединение, которое обеспечивает соответствующее этому трафику качество обслуживания в соответствии с международными рекомендациями и стандартами.

Выделяются следующие основные параметры качества соединения:

1) время установления соединения; 2) вероятность установления соединения; 3) вероятность разрыва соединения; 4) задержка; 5) вероятность потери; 6) джиттер.

Время установления соединения t(cn) - определяется как интервал времени от момента выдачи абонентом запроса на предоставление соответствующего мультимедийного сервиса до момента начала предоставления этого сервиса.

Вероятность установления соединения Р(сп) - отношение числа запросов, которым уже предоставлен соответствующий сервис, к общему числу запросов на предоставление этого сервиса.

Вероятность разрыва соединения Р(rj) - определяется как отношение числа запросов, которым соответствующий сервис не был предоставлен полностью, к общему числу обслуженных запросов.

Задержка τi, - определяется как интервал времени между моментом начала передачи отправителям i-блока данных трафика соответствующего сервиса и моментом окончания приема этого же блока его получателем. Задержка τi, складывается из времен пакетизации, передачи и распространения передаваемых блоков данных по каналам связи между узлами телекоммуникационной сети, а также из времени ожидания этих блоков в очередях промежуточных коммутаторов и маршрутизаторов сети.

В асинхронной телекоммуникационной сети задержка блоков данных может быть различной для каждого блока и представляет собой случайную величину, которая выражается следующим образом:

где - случайная величина времени пакетизации i-блока данных трафика; М- общее число каналов связи между двумя абонентами сервиса; N - общее число коммутационных устройств, расположенных между двумя абонентами сервиса; - случайная величина времени распространения i-блока данных трафика по k -каналу связи; - случайная величина времени обслуживания i-блока данных трафика в j-коммутационном устройстве; - случайная величина времени ожидания в очереди i-блока данных трафика в j- коммутационном устройстве.

Средняя задержка определяется как среднее значение всех задержек передаваемых блоков данных,

где N(b) - общее число доставленных блоков данных.

Вероятность потери P(rs) определяется отношением числа не доставленных адресату блоков данных к общему числу переданных.

Джиттер σ(τ) - определяется как разница между τ (mах) и τ(min) задержкой передачи блоков данных трафика соответствующего сервиса

Влияние параметров транспортного соединения на качество представляемого абонентам сервиса представлено в табл. 13.2.

Значения времени доставки и джиттера доставки являются важными сетевыми характеристиками для услуг, осуществляемых в реальном масштабе времени.

Допустимые значения задержки, джиттера, вероятности потери пакета, вероятности установления соединения, времени установления соединения и вероятности разрыва соединения, определенные для основных типов мультимедийных услуг, полученные в результате исследований Европейского исследовательского центра в области телекоммуникаций (RACE - Research on Advanced Communication in Europe), приводятся в табл. 2.2.

Табл. 2.2. Влияние параметров транспортного соединения на качество предоставления сервиса

Примечание. Термины значительное, умеренное, незначительное означают: значительное - сильное влияние параметра телекоммуникационного соединения на качество предоставления сервиса. Большое значение этого параметра неприемлемо; умеренное - среднее влияние параметра телекоммуникационного соединения на качество предоставления сервиса. Небольшое значение этого параметра допустимо; незначительное - слабое влияние параметра телекоммуникационного соединения на качество предоставления сервиса. Большое значение этого параметра допустимо.

Табл. 2.3. Допустимые значения параметров качества обслуживания при передаче мультимедийного трафика

2.3 Современные мультимедийные приложения

Услуги IP-коммуникаций

Наряду с услугой передачи речи поверх IP, в сетях Интернет развиваются услуги передачи мультимедийного трафика, включающего в свой состав видео, аудио, текст, графику и данные. Именно совокупность этих технологий привела к замещению уже ставшего привычным термина IP-телефония новым термином.

IP-коммуникации. Сегодня одна из технологий - VoIP, сумела отобрать у фиксированных телефонных сетей примерно 20% трафика и рассматривается как серьезный конкурент классической телефонии.

Другая технология - IPTV, находящаяся еще в начале развития, позволяет Операторам предоставлять перспективные мультисервисные услуги, связанные, в первую очередь, с возможностями доступа по требованию к разнообразному цифровому контенту.

Особенности использования сети IP для передачи речи связаны с тем, что инфраструктура IP должна гарантировать доставку речевых и сигнальных пакетов к элементам системы VoIP. Сеть должна обрабатывать трафик речи и трафик данных разными способами. Если в сети IP передается трафик обоих видов, необходимо обеспечить приоритетное обслуживание трафика речи. Существует определенное соответствие между компонентами сети VoIP и телефонной сети, однако имеется гораздо больше различий. В сетях ТфОП используется принцип коммутации каналов, что означает выделение каналов с гарантированной полосой пропускания для каждого сеанса связи. Сети IP используют коммутацию пакетов, в основе которой лежит возможность статистического уплотнения. Введение понятия класс обслуживания предполагает, что пакеты, принадлежащие определенным приложениям, имеют заданный приоритет. Введение приоритетной системы требуется для приложений реального времени (VoIP), чтобы гарантировать, что на речевой трафик не будет влиять трафик другого типа.

Структура заголовков IPv4 и IPv6

Структура заголовка датаграммы IPv4. Каждая датаграмма IP, переносящая полезную нагрузку, включает в свой состав заголовок и данные. На рис. 2.2 показан заголовок датаграммы IP, соответствующий версии 4. Первые реализации версии 4 относятся к началу 1980-х годов, и эта версия наиболее распространена сегодня.

Заголовок состоит, как минимум, из 20 байтов с возможностью расширения путем добавления до 4 байтов, обеспечивающих разные дополнительные опции. Для удобства заголовок представлен в виде набора строк, каждая из которых содержит по 4 байта. Общее число таких полей равно 5 или 6.

Поле «Версия», 4 бита, идентифицирует заголовок IP, в данном случае, версию IPv4. Поле «Длина заголовка» определяет размер заголовка (20 или 24 байта). Поле «Тип обслуживания» (Type of Service, ToS) состоит из 8 битов. Первые 3 бита определяют приоритет датаграммы (ООО - без приоритета, 111 - уровень управления сетью). Следующие три бита определяют минимальную задержку, высокую пропускную способность и высокую надежность (каждый бит равен единице). Последние два бита не применяются. Отметим, что в сетях Интернет 1990-х годов поле ToS не использовалось.

Рис. 2.2. Фрагмент заголовка датаграммы IP (версия IPv4)

Поле «Полная длина», 16 битов, определяет полную длину датаграммы в байтах, включая заголовок и данные, передаваемые в пакете. Поскольку длина поля равна 16 битам, максимальная длина датаграммы равна 2¹⁶-1=65535 байтов. В зависимости от ее длины, датаграмм может быть разделена на блоки (фрагменты) в тех случаях, когда маршрутизаторы не могут обрабатывать датаграммы полного размера.

Поля «Идентификатор», «Флаги» и «Указатель фрагмента» используются при восстановлении датаграммы из фрагментов на приемном конце.

Поле «Идентификатор». 16 битов, позволяет восстановить датаграмму из фрагментов в пункте назначения.

Поле «Флаг», 3 бита, также используется для восстановления датаграммы на приемном конце. Поле «Указатель фрагмента», 13 битов, определяет смещение фрагмента относительно начала исходной датаграммы.

Поле «Время жизни», 8 битов, определяет предельное время, в течение которого датаграмма может находиться в сети.

Восьмибитовое поле «Протокол» определяет протокол, использующийся на транспортном уровне.

Поле «Контрольная сумма заголовка», 16 битов, предназначено для контроля ошибок в заголовке (только в заголовке, а не во всей датаграмме!) с помощью циклического кода. Эта проверка осуществляется при прохождении датаграммы или ее фрагмента через каждый маршрутизатор.

Следующие два поля предназначены для адресов отправителя и получателя.

Поле «Опции», максимум - 4 байта, делает возможным введение различных функций тестирования и контроля.

Поле «Заполнитель» используется для дополнения строки «Опции» до полной длины 32 бита.

Очевидно, что при передаче фрагменты датаграмм и датаграммы могут быть потеряны или сброшены в узлах сети, или, из-за больших задержек отдельных фрагментов, датаграммы могут быть потеряны при сборке в месте получения. Таким образом, режим IP при использовании четвертой версии в ее первоначальной редакции обеспечивает минимальный уровень качества обслуживания,

Однако в настоящее время в сетях IP передается трафик разных видов, в том числе интерактивный трафик реального времени, чувствительный к задержкам (речь поверх IP, видеоконференции, интерактивные игры и т.д.), а также к надежности, к защите информации от несанкционированного доступа и др. Эти требования привели к разработке для сетей Интернет новых протоколов, в число которых входит и протокол IPv6.

Структура заголовка датаграммы IPv6 (рис. 2.3).

Начиная с конца 90-х годов, начался взрывной процесс развития Интернет, продвижение Интернет в страны Азии с миллиардным населением. В этих условиях стало очевидным, что адресное пространство, которое используют как абоненты, так и разные устройства, ограничивает повсеместное распространение Интернет. Чтобы сеть Интернет могла развиваться, необходимо было увеличить доступное адресное пространство, что и привело к разработке новой версии протокола IP, известной как IPv6. Однако, кроме проблемы адресов, при разработке новой версии был учтен еще ряд недостатков четвертой версии.

Основными свойствами усовершенствованного протокола IPv6, полученными на основе структуры заголовка, являются:

- введение нового размера адресного поля, обеспечивающего увеличение числа доступных IP-адресов и упрощение процесса их конфигурации;

- разработка механизмов, поддерживающих гарантированное качество обслуживания;

- возможность применения средств аутентификации и защиты информации.

Как видно из рис. 2.3, длина заголовка IPv6 равна 40 байтам, что в два раза больше, чем в версии v4. Первые две строки (8 байтов) обеспечивают функции контроля, и структура этих двух строк существенно отличается от структуры строк, расположенных над адресной частью заголовка IPv4.

Поле «Версия», 4 бита, указывает, что пакет имеет заголовок IPv6.

Поля «Класс трафика», 8 битов, и «Метка потока», 20 битов, определяют предварительно назначенный уровень качества обслуживания для определенной пары адресов источника и пункта назначения.

Качество обслуживания в Интернет определяется пропускной способностью сети, задержкой и джиттером пакетов, а также потерями пакетов.

Рис. 2.3. Формат заголовка датаграммы IPv6

Поле «Длина поля полезной нагрузки», 2 байта, определяет длину пакета в байтах, исключая длину заголовка. Так же, как и в четвертой версии, длина поля равна 16 битам и максимальная длина пакета равна 2¹⁶-1=65535 байтам.

Поле «Следующий заголовок», 8 битов, определяет типы дополнительных заголовков, которые должны следовать за основным заголовком IPv6.

Поля, в которых располагаются дополнительные заголовки, размещаются между заголовком IP и заголовками TCP или UDP. Дополнительные заголовки включают в себя большой набор функций, таких как маршрутизация, фрагментация, защита информации, аутентификация.

Поле «Ограничение числа шагов», 8 битов, выполняет те же функции, что и поле «Время жизни»» в четвертой версии.

Адреса отправителя и получателя имеют каждый по 16 байтов (128 битов), то есть превышают аналогичные поля четвертой версии в четыре раза.

Несмотря на то что работы, связанные с внедрением протокола IPv6, ведутся уже более 10 лет, необходимо иметь в виду, что основную часть аппаратно-программных модулей в сетях IP реализует протокол IP четвертой версии. В связи с этим возникает проблема перехода на новое семейство протоколов, ориентированных на версию IPv6.

Технология VoIP

Перед тем как перейти к описанию архитектуры системы передачи речи через сеть IP, обсудим основные процессы, реализуемые в технологии VoIP Очевидно, что система VoIP должна выполнять по отношению к речевому сигналу те же функции, что и обычные телефонные сети. В число этих основных функций входят:

- на передающей стороне - преобразование аналоговой речи в цифровой сигнал и представление цифрового сигнала в формате, необходимом для передачи через сеть (в данном случае через сеть IP); последнее означает, что речевой сигнал инкапсулируется в пакеты протокола IP;

- в сети IP - управление обслуживанием телефонного вызова (создание соединения, поддержание речевого обмена, разьединение) и транспортировка пакетов;

- на приемной стороне - восстановление аналоговой речи из принятых пакетов и дискретного сигнала.

На рис. 2.4 иллюстрируется процесс обработки речевого сигнала при его прохождении через сеть IP. Здесь в виде блоков представлены перечисленные выше функции - кодирование, представление в форме пакетов IP, передача пакетов через сеть, разборка пакетов и восстановление аналогового речевого сигнала.Теперь перейдем к управлению обслуживанием вызова (соединение, поддержание речевого обмена и разъединение). По аналогии с телефонной связью в технологии VoIP необходимо установить соединение между абонентами. Это реализуется системой сигнализации, с помощью которой терминальные устройства общаются в сети, активизируя и координируя работу сетевых элементов, необходимых для обслуживания вызовов. В сети VoIP сигнализацию обеспечивает обмен датаграммами IP между сетевыми компонентами. Соединение устанавливается между двумя оконечными пунктами, открывающими сеанс между собой. Идентификация этих пунктов производится через специальную базу данных. Как сеть ТфОП использует телефонные номера, чтобы идентифицировать оконечные пункты, так и сеть VoIP использует для этого IP-адреса, хранящиеся в базе данных. Транспортировка датаграмм VoIP выполняется путем последовательных переприемов пакетов речи в маршрутизаторах IP.

Рис. 2.4. Обработка речевого сигнала при его передаче в сети VoIP

Определение и основные свойства IPTV

Технология IPTV (IP Television) представляет собой технологию доставки мультимедийных услуг (ТВ, аудио/видео, текст, данные, графика) на базе сетей IP в интерактивном режиме и в режиме вещания. Технология IPTV характеризуется следующими основными свойствами:

- поддержка интерактивного ТВ. Возможности IPTV поддерживать двунаправленную передачу позволяют Оператору/Провайдеру обслуживать широкий спектр интерактивных приложений: стандартное телевидение, телевидение высокой четкости, интерактивные игры, высокоскоростной доступ к Интернет.

- персонализация. Система IPTV поддерживает двухстороннюю связь и позволяет пользователям самостоятельно решать, что и когда они хотят смотреть (например, услуга видео по требованию VoD (Video on Demand) - трансляция фильмов из видеосервера Оператора по заказу абонента).

- отложенный просмотр (Time Shifting). Комбинация IPTV с видеомагнитофоном обеспечивает механизм для записи контента IPTV для последующего просмотра.

- доступность услуг IPTV при использовании терминалов разных типов. Просмотр контента IPTV не ограничивается только телевизионными приемниками. Для доступа к услугам IPTV потребители могут использовать свои персональные компьютеры и мобильные устройства.

Архитектура IPTV

Архитектура системы IPTV в общем виде представлена на рис. 2.5. Архитектура включает в свой состав следующие функциональные блоки:

- источники контента. Источник контента определяется как центр данных IPTV, принимающий видеоконтент от производителей (вещательные программы, фильмы, игры и т.д.). Затем контент кодируется и передается пользователям или накапливается в базе данных для услуг VoD;

- узлы услуг IPTV. Узел услуг представляет собой компонент, принимающий видеопотоки в различных форматах. Эти видеопотоки затем инкапсулируются в пакеты для передачи в сеть IP;

- широкополосные сети. Широкополосные сети, включающие в себя магистральные сети и сети доступа, характеризуются высокой пропускной способностью, высокими показателями качества обслуживания и распределительными возможностями. Важным свойством таких сетей является многоадресная рассылка (мультикастинг), которая необходима для надежного распределения потоков данных IPTV от узлов услуг к оборудованию пользователей. Магистральные сети IPTV реализуются на волоконно-оптических линиях, а в сетях доступа могут быть использованы разные широкополосные технологии - проводные и беспроводные;

- оборудование пользователя. В состав оборудования пользователя IPTV входят средства, формирующие интерфейс с широкополосным сетевым окончанием. Здесь могут быть применены шлюзы, образующие домашние сети. Функциональный блок, терминирующий трафик IPTV в оборудовании пользователя, называется клиентом IPTV. Этот блок обычно реализуется в виде ТВ-приставки (set-top box). Основные функции ТВ-приставки включают в свой состав установление соединения с узлом услуг, декодирование видеопотоков, отображение управления со стороны пользователя и подключение к монитору.

Рис. 2.5. Упрощенная архитектура системы IPTV

В сетях IPTV используется большой набор стандартов, разработанных разными международными организациями, в том числе ITU-T, ETSI, IETF, MPEG (Moving Picture Experts Group) и др. Стандарты сжатия ТВ-сигнала (семейство MPEG) позволяют уменьшить требуемую полосу пропускания в десятки и сотни раз. Наиболее распространенными стандартами цифрового вещания являются европейский стандарт DVB, американский стандарт ATSC и японский стандарт ISDB. Среди большого числа сетевых протоколов, поддерживающих предоставление услуг IPTV, назовем только некоторые из них: транспортные протоколы UDP, RTP и RTCP, протоколы сигнализации SIP, Н.323, протоколы маршрутизации RIP, OSPF, протокол многоадресной рассылки IGMP.

Услуги в сетях Интернет

К приложениям, реализуемым в сети Интернет входят World Wide Web, (WWW) электронная почта, обмен сообщениями через Интернет в реальном времени (так называемые chat rooms), потоковое видео, доступ к музыкальным сайтам. В случае использования WWW пользователь видит на экране компьютера страницы текста и графических объектов, нажимает кнопку мыши на выбранном объекте, о котором он хочет узнать больше, и соответствующая страница появляется на экране.

Другим приложением, пока еще не так популярным, как WWW, является услуга потокового видео. Потоковое видео предполагает, что источник и получатель имеют соответствующие устройства для воспроизведения видеозаписей. Видеопоток пересылается от источника к получателю с использованием средств и протоколов Интернет. Эта услуга может рассматриваться как одно из приложений видео по требованию (Video on Demand).

Одним из методов доступа к удаленным файлам данных, расположенных на удаленном сервере, является передача копии файла по запросу клиента. В сетях Интернет для этой цели используется стандартный протокол FTP (File Transfer Protocol) - протокол пересылки файлов.

Протокол FTP используется для обмена файлами данных между клиентом (группой клиентов) и сервером, хранящим данные (сервером FTP), причем каждая оконечная точка имеет возможности передачи и запроса/получения файлов. Такими файлами могут быть тексты, графические изображения, звуки, видео и мультимедийная информация. Протокол FTP используется также для загрузки программного обеспечения в компьютер клиента (пользователя). С помощью FTP пользователь может корректировать получаемые файлы (удалять, переименовывать, копировать их и т.д.).

С технической точки зрения полезно рассматривать WWW как множество клиентов и серверов, которые общаются с помощью единого протокола, известного как HTTP (Hypertext Transfer Protocol). Для облегчения создания, хранения и отображения гипертекста в Интернете используется язык разметки гипертекста HTML (Hypertext Markup Language). Комбинация протоколов HTTP и HTML обеспечивает доставку текстов, графики, звука, видео и других мультимедийных файлов через глобальную сеть Интернет.

Электронная почта является одним из самых старых приложений в сетях IP. Сегодня обмен сообщениями через электронную почту используется миллионами людей ежедневно. Этот обмен, являющийся еще одной формой обмена данными между клиентом и сервером, реализуется с помощью протокола SMTP (Simple Mail Transfer Protocol - простой протокол доставки почтовых сообщений).

Особенности анализа мультимедийного трафика в сетях IP

Сегодня весь сетевой трафик Интернет практически можно разделить на два класса - трафик, передаваемый под управлением протокола TCP, и трафик, передаваемый под управлением протокола UDP

Пропорции трафика TCP и UDP изменялись очень мало в течение последних 5-7 лет. Примерно 90% трафика передается через соединения TCP. Приложения, влияющие на рост трафика TCP, развиваются очень быстро, в первую очередь, благодаря разнообразным Web-приложениям и одноранговым (peer-to-per) межсетевым соединениям. В то же время наблюдается рост объемов трафика UDP в связи нарастающей популярностью новых приложений, таких как VoIP, IPTV и др. Примерные объемы трафика UDP сегодня составляют около 9%, однако следует ожидать существенный рост этого класса трафика в ближайшие годы.

В сетях IP присутствует также трафик управления, который формируется различными протоколами сигнализации и управления сетью. Хотя обработка трафика управления необходима для нормального функционирования сети, его объем относительно мал (1-1,5%) и не влияет на характеристики работы сети.

Кроме разделения на классы в зависимости от вида транспортного протокола, в сетях Интернет принято различать трафик трех основных типов: эластичный, потоковый и реального времени. Термин «эластичный» применяется к трафику, создаваемому при передаче данных под управлением протокола TCP, и его название связано с тем, что скорость передачи может изменяться в широких пределах в ответ на изменения нагрузки сети. Трафик этого вида чувствителен к потерям и не критичен относительно задержек.

Потоковый трафик порождается приложениями, связанными с передачей аудио- и видеоинформации. Эти приложения генерируют потоки пакетов, имеющие определенную скорость передачи, которая должна быть сохранена во время сеанса связи путем ограничения задержек, но при этом допустимы более длительные, по сравнению с трафиком реального времени, задержки, и этот тип трафика относительно малочувствителен к потерям.

Трафик реального времени допускает относительно небольшие длительности задержек и малочувствителен к потерям. Трафик этого типа создается в системах IP-телефонии и видеоконференц-связи. И потоковый трафик, и трафик реального времени передаются под управлением протокола UDP.

В классических сетях IP присутствовал только эластичный трафик, который обслуживался по принципу best effort. Для современных сетей IP, где имеется трафик всех трех типов, требуется широкий набор показателей параметров качества обслуживания, начиная от параметров уровня best effort и заканчивая параметрами, соответствующими трафику реального времени.

Распределения для различных приложений в сетях IP

Процесс поступления потоков в ядро сети обычно представляет собой суперпозицию большого числа независимых сеансов (сессий). Статистические данные о характере потоков в сетях IP свидетельствуют о том, что во многих случаях распределение, описывающее входящий поток и время обслуживания, можно считать экспоненциальным.

Вместе с тем, статистические исследования эластичного трафика показывают, что наряду с простейшими распределениями, процессы поступления и обслуживания могут описываться и медленно затухающими распределениями.

Структуры потокового трафика и трафика реального времени во многих приложениях также описываются медленно затухающими распределениями. Отметим, что у таких распределений дисперсия может быть довольно большой, так что квадратичные коэффициенты вариации будут превышать единицу (т.е. значение коэффициента вариации для экспоненциального распределения).

Случайные процессы, описывающиеся медленно затухающими распределениями, относятся к классу само подобных процессов. Наиболее распространенными распределениями указанного типа являются распределения Парето, Вейбулла и логнормальное распределение.

Табл. 2.2. Распределения для описания трафика различных приложений в сетях IP

В табл. 2.2 приведены обобщенные результаты статистических исследований в сетях IP для различных приложений; здесь через А обозначается распределение входящего потока, а через В - распределение длины протокольных блоков.

Из табл. 2.2 видно, что почтовый трафик (протокол SMTP) описывается экспоненциальным распределением, тогда как большому числу популярных IP-приложений соответствуют медленно затухающие распределения.

2.4. Качество телекоммуникационных услуг

Концепция качества услуг (Quality of Service, QoS). Рассмотрим основные понятия в области качества телекоммуникационных услуг.

В рекомендации ITU-T I.112, вся совокупность телекоммуникационных услуг разделена на два типа:

- доставки (переноса) информации (Bearer Service, BS);

- предоставления связи (Teleservice, TS).

Понятие Service охватывает:

- различные виды связи (телефонную, передачи данных, факсимильную, поиска документов и др.);

- основные и дополнительные услуги;

- передачу информации с использованием различных методов коммутации (КК, КП, гибридной);

- предоставление различных сред передачи (проводных, оптоволоконных, радио и др.);

- предоставление различных каналов и трактов, отличающихся стандартизованной скоростью (меньше или равной 64 кбит/с, 384 кбит/с, 2,048 Мбит/с и выше);

- предоставление ресурсов на время сеанса, в течение специально оговоренного времени, в аренду.

Услуги доставки информации (Bearer Service) - это вид услуг, который обеспечивает прозрачную передачу информации пользователя между интерфейсами «пользователь-сеть» без какого-либо анализа или обработки ее содержания.

Услуги предоставления связи (Teleservice) - это вид услуг, который обеспечивает пользователям все возможности связи с учетом свойств терминального оборудования и сетевых протоколов.

Из этого определения следует, что услуги доставки информации являются составляющей услуг предоставления связи. Услуги доставки информации реализуют функции трех нижних уровней модели ВОС, а услуги предоставления связи - всех семи или части верхних уровней этой модели.

Для компьютерных сетей и сетей передачи данных в Рекомендациях серии X (Х.25, Х.28, Х.32, Х.36) определены дополнительные (Supplementary) услуги.

Иерархия понятий в области качества телекоммуникационных услуг

приведена на рис. 2.6 (Рекомендация Е.800). Качество обслуживания объединяет понятия: действенность, безопасность, обеспеченность и удобство пользования.

Группа свойств - доступность, целостность и непрерывность объединена одним понятием - действенность (выделено прямоугольником в правом верхнем углу на рис. 2.6).

Качество обслуживания рассматривается как совокупность свойств:

- обеспеченности;

- удобства пользования;

- безопасности обслуживания;

- безопасности;

- доступности;

- бесперебойности;

- целостности (адекватности информации пользователя при транспортировке через сеть).

Действенность - свойство обслуживания, состоящее в предоставлении услуги на время сеанса всегда, когда это необходимо пользователю.

Сущность свойств, объединенных понятием действенность, определена следующим образом:

- доступность - свойство обслуживания быть предоставленным в любом месте и в момент, когда это необходимо пользователю.

- целостность - способность оператора предоставить услугу без существенного ухудшения качества передачи.

- бесперебойность - способность оператора в определенных условиях эксплуатации обеспечивать предоставленное обслуживание без перерывов в течение требуемого промежутка времени.

Остальные три свойства качества обслуживания раскрываются следующими определениями:

- обеспеченность - способность оператора связи предоставлять набор услуг и оказывать помощь пользователю в их использовании.

- удобство пользования - свойство обслуживания, состоящее в простоте использования.

- безопасность - свойство обслуживания быть защищенным от несанкционированного доступа, злонамеренного и неправильного использования, преднамеренной порчи, стихийных бедствий и человеческих

ошибок.

Качество функционирования телекоммуникационной сети (Network Performance, NP) характеризует эффективность обслуживания трафика. Пользователь телекоммуникационной сети обычно не интересуется структурой сети и тем, как предоставляется нужная услуга. В то же время он интуитивно оценивает качество данной услуги, сравнивая его с качеством подобных услуг.

Рис. 2.6. Иерархия понятий в области качества обслуживания и функционирования телекоммуникационной сети.

Для обоснования запросов и ожиданий пользователей и оптимизации

затрат оператора необходимо обеспечить:

- строгие формулировки терминов, относящихся к качеству услуг;

- представление объективных сведений об ожиданиях и требованиях пользователей и достигнутом оператором уровне качества.

Качество обслуживания определено в Рекомендации ITU-T E.800 как «суммарный эффект показателей службы, определяющий степень удовлетворенности пользователя обслуживанием».

Качество обслуживания, с точки зрения пользователя, может быть выражено совокупностью параметров. Эти параметры описываются в терминах, понятных как службе, так и пользователю, и не зависят от структуры сети. Они ориентированы по преимуществу на эффект, воспринимаемый пользователем, должны быть гарантированы пользователю службой и поддаваться объективному измерению в точке доступа к услуге (Рекомендация ITU-T I.350).

Характеристики сети (NP) определены как способность обеспечения связи между пользователями. Под NP понимают совокупность параметров, которые могут быть рассчитаны и измерены. Характеристики сети используются, прежде всего, владельцем. Они ориентированы на разработку системы, проектирование сети на международном или национальном уровнях, эксплуатацию и техническое обслуживание. Телекоммуникационная сеть реализует функции доставки информации пользователей.

Каждая услуга характеризуется набором атрибутов, основные из которых определяют качество обслуживания.

Характеристики (параметры) сети определяют качество обслуживания, воспринимаемое пользователем, но далеко не всегда позволяют содержательно, с точки зрения пользователя описать это качество. Примерами таких характеристик сети могут быть: трафик, потери по вызовам, по времени на участке сети, коэффициент эффективных вызовов направления связи и др.

Таблица 2.4. Различия между качеством обслуживания и характеристики сети

Имеется тесная взаимосвязь между параметрами QoS и NP. Для эффективного обслуживания пользователей сетью важно установить количественные соотношения между их значениями, если между ними отсутствует однозначное соответствие. Различия между QoS и NP отражены в табл. 2.4.

Определение параметров NP должно базироваться на событиях и состояниях, которые можно наблюдать на границах элементов соединения.

Концепция характеристик сети.

Качество функционирования телекоммуникационной сети (Network Performance) - это способность обеспечивать информационный обмен между пользователями. Основная характеристика телекоммуникационной сети - это эффективность обслуживания трафика (см. таб. 2.4).

Эффективность обслуживания трафика (пропускная способность) - свойство узла коммутации, как объекта сети, обслуживать поступающий трафик с заданной интенсивностью при заданном качестве обслуживания и определенном техническом состоянии (соотношении количества работоспособных и неработоспособных каналов/линий). Способность узла коммутации обслуживать трафик зависит от его надежности, качества передачи и имеющихся ресурсов и возможностей.

Качество передачи - уровень воспроизведения сигнала в пункте приема объектом сети, находящимся в состоянии готовности.

Под ресурсами сети понимают средства коммутации, маршрутизации, переприема, хранения информации в объектах сетей, администрирования (это понятие пока не определено и не конкретизировано в рекомендациях ITU-T).

Надежность - собирательный термин, используемый для описания свойства готовности и влияющих на него свойств безотказности, ремонтопригодности, обеспечения технического обслуживания и ремонта.

Готовность - способность объекта сети обрабатывать трафик в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается) и, начиная с этого момента, работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени.

Ремонтопригодность - свойство объекта сети, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причины отказов и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Обеспечение технического обслуживания и ремонта – способность служб оператора обеспечивать средства для технического обслуживания (ТО) объектов сети (при определенных условиях эксплуатации и принятом способе ТО). Каждое из свойств может быть описано набором характеристик (показателей, атрибутов). Так, например, готовность к обслуживанию определяется характеристиками: среды распространения, работоспособности оборудования, пропускной способности станций и узлов сети.

В Рекомендации Е.862 ITU-T приведены возможные подходы к учету экономических потерь оператора (при планировании, проектировании, эксплуатации и ТО телекоммуникационных сетей) и пользователя, связанных с отказами технических средств. Операторы сетей, работая в условиях рынка, заинтересованы в оценке возможных потерь из-за отказов и в сопоставлении их с затратами на повышение надежности своих технических средств. Каждая характеристика связана с одним или несколькими событиями, состояниями или действиями. Вся совокупность характеристик (атрибутов) качества обслуживания и функционирования сети делится на две категории:

- первичные, определяемые путем прямого наблюдения в точке доступа к услуге и относящиеся к какому-либо моменту времени (например, задержка ответа станции);

- производные, определяемые на основании одного или нескольких первичных атрибутов или усредненные за некоторый интервал времени (например, коэффициент готовности).

В Рекомендации 1.350 определены три функции, реализуемые сетью и ее службами, и три характеристики каждой из функций. Так получено девять родовых первичных параметров («матрица 3x3»), которые могут быть использованы для определения специфических параметров QoS и NP (рис. 2.7):

- быстрота получения доступа;

- безошибочность доступа;

- надежность доступа (вероятность отказа в доступе к ресурсу);

- быстрота переноса информации;

- безошибочность переноса информации;

- надежность переноса информации;

- быстрота освобождения;

- безошибочность освобождения;

- надежность освобождения.

Рис. 2.7. Матричный метод 3х3 для определения состояний готовности.

Служба сети реализует три функции связи (рис. 2.7): обеспечивает доступ пользователя к ресурсам службы, решает задачи переноса (доставки) информации по установленному соединению и освобождения предоставленных ранее ресурсов после окончания сеанса связи. Под доступом понимают возможность в получении ресурсов службы.

Процедура доступа начинается в момент появления запроса от пользователя в интерфейсе «пользователь-сеть» и заканчивается при появлении хотя бы одного бита информации от его терминала.

Процедура переноса информации пользователя инициируется в момент завершения доступа и заканчивается в момент передачи запроса освобождения, знаменующего окончание сеанса связи.

Процедура освобождения инициируется в момент передачи сигнала запроса освобождения и завершается для каждого пользователя после освобождения ресурсов службы, выделявшихся во время сеанса связи.

Освобождение включает в себя как действия, связанные с разрушением ранее существовавшего соединения, так и с завершением выполнения протоколов верхних уровней. Качество услуги при реализации функций службы описывается тремя параметрами: быстрота (скорость), безошибочность (точность), надежность (уверенность).

Быстрота характеризует промежуток времени, необходимый для выполнения функции, или скорость выполнения.

Безошибочность характеризует степень правильности выполнения функции.

Надежность определяет степень уверенности в выполнении функции в течение заданного периода наблюдения (вне зависимости от быстроты и безошибочности выполнения).

Для каждого первичного параметра качества услуги должен быть установлен норматив, с которым можно было бы сравнивать измеренные значения в процессе предоставления услуги.

2.5.Соглашение об уровне обслуживания

Соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreements, SLA) в условиях обострения конкуренции на рынке телекоммуникационных услуг являются мощным средством для привлечения и удержания клиентов, поскольку, как показывают опросы пользователей, возможность заключения такого соглашения является одним из важнейших факторов при выборе поставщика услуг. Кратко, суть SLA состоит в том, что в договоре между поставщиком услуг и клиентом устанавливаются определенные требования к качеству обслуживания (Quality of Service, QoS), выполнение которых гарантируется поставщиком. При этом, если эти гарантии не выдерживаются, к поставщику услуг применяются штрафные санкции. С другой стороны, давая гарантии качества, поставщик получает возможность повысить цены на свои услуги.

Документы международных организаций и определения. Соглашения об уровне обслуживания рассматриваются в ряде документов международных организаций:

МСЭ-Т - рекомендации Е.860 «Framework of a Service Level Agreement», Е.801 «Framework for Service Quality Agreement»;

ETSI - руководство EG 202 009-3 «User Group; Quality of telecom services; Part 3: Template for Service Level Agreements (SLA) »;

Frame Relay Forum - FRF. 13 «Service Level Definitions Implementation Agreement»;

Tele Management Forum (TMF) - GB917 «SLA Management Handbook ».

Первой из этого списка появилась Рекомендация МСЭ-Т Е.801. В ней было введено понятие «соглашение о качестве обслуживания » (Service Quality Agreement, SQA), определяемое как двух- или многостороннее соглашение между взаимосвязанными операторами и/или поставщиками услуг о введении формализованной программы мониторинга, измерений и установления нормативов, предназначенной для удовлетворения конечных пользователей и других потребителей.

Frame Relay Forum в своей Спецификации FRF.13 установил параметры качества услуг ретрансляции кадров, указав, что эти параметры могут использоваться в SLA. Это было первое упоминание SLA в официальном международном документе. Затем появились Справочник TMF GB917 и Рекомендация МСЭ-Т Е.860, которые были специально посвящены SLA. В них оно трактуется как формальное соглашение между двумя (или более) участниками (поставщиком и заказчиком услуг), охватывающее характеристики обслуживания, ответственность и приоритеты каждой стороны.

В Рекомендации Е.860 появилось и новое понимание соглашения о качестве обслуживания (SQA, другое название QoS Agreement): теперь оно рассматривается как часть SLA, относящаяся к качеству обслуживания. Рекомендация Е.860 дала также новое определение качества обслуживания (QoS), учитывающее фактор SLA. Ранее в Рекомендации Е.800 «Термины и определения, относящиеся к качеству обслуживания и функционирования сети, включая надежность» (1996 г.) оно определялось как общий эффект характеристик обслуживания, определяющий степень удовлетворения пользователя обслуживанием. Однако «степень удовлетворения пользователя» - понятие довольно неточное и туманное. Поэтому в Рекомендации Е.860 это определение уточняется и конкретизируется: QoS - это степень соответствия обслуживания, предоставленного пользователю поставщиком, соглашению между ними. Это придает еще большую важность соглашениям между пользователями и поставщиками услуг, т.е. SLA.

Существует еще одно близкое понятие, применяемое в модели дифференцированных услуг (Differentiated Services, DiffServ), IETF - спецификация уровня обслуживания (Service Level Specification, SLS).

Это набор параметров и их значений, совместно определяющих обслуживание, предоставляемое потоку трафика в домене DiffServ. При использовании для обеспечения QoS модели DiffServ, SLS может быть частью SLA.

Политика поставщика услуг в отношении SLA. Ниже перечислены основные варианты политики поставщика услуг в отношении предоставления SLA своим клиентам. Выбор одного из них определяется как его техническими возможностями, так и рыночной конъюнктурой.

При предоставлении различных услуг один и тот же оператор связи может придерживаться разных вариантов в отношении предоставления SLA:

- не применять вовсе;

- заключать соглашение индивидуально по требованию клиента.

В этом случае SLA заключаются, как правило, только с наиболее крупными и выгодными клиентами, проявившими настойчивость.

Условия таких соглашений обычно являются конфиденциальными;

- заключать по требованию клиента типовое соглашение. Условия такого соглашения обычно являются общедоступными (все более распространенной становится практика, когда они представлены на Интернет-сайте компании);

- заключать типовое соглашение со всеми клиентами. В этом случае SLA является неотъемлемой частью типового договора на оказание услуг. Недостаток этого подхода состоит в том, что все клиенты, даже те, которые не предъявляют высоких требований к QoS, вынуждены платить за услуги более высокую цену, включающую в себя затраты на обеспечение QoS и поддержку SLA;

- предлагать варианты типовых соглашений, различающиеся уровнями QoS и тарифами. Обычно предлагаются два (стандартный и улучшенный) или три (золотой, серебряный, бронзовый) уровня.

Последний подход, дающий пользователям наибольшие возможности выбора, является для них самым предпочтительным. Он соответствует рекомендациям проекта Европейского института исследований и стратегического изучения телекоммуникаций (EURESCOM) Р906 QUASIMODO. Однако это не исключает возможности заключения в отдельных случаях индивидуальных SLA с крупными клиентами, которые требуют особых условий и готовы за них платить.

Единая ответственность перед конечным пользователем

Помимо взаимоотношений с клиентами важную роль могут играть и взаимоотношения между поставщиками услуг, участвующими в предоставлении услуги из конца в конец. Обеспечение качества обслуживания в ситуации нескольких поставщиков становится особенно сложным. Помочь решить эту проблему может так называемая единая ответственность (one-stop responsibility) перед конечным пользователем.

Впервые это понятие было введено в проекте EURESCOM Р806 «Общие принципы качества обслуживания и функционирования сети в условиях множественности поставщиков» (1999 г.). Затем оно вошло и в Рекомендацию МСЭ-Т Е.860. В соответствии с принципом единой ответственности первичный поставщик услуг, непосредственно взаимодействующий с конечным пользователем, заключает с ним SLA, принимая на себя всю ответственность за обслуживание из конца в конец. Первичный поставщик в свою очередь заключает SLA с другими поставщиками услуг, с которыми он взаимодействует в процессе обслуживания, выступая по отношению к ним в роли пользователя. Те могут подобным же образом пользоваться услугами других поставщиков и т. д. (рис. 2.8). Рекомендация МСЭ-Т Е.801 направлена на регулирование отношений между поставщиками услуг с целью обеспечения качества из конца в конец.

Рис. 2.8. Применение принципа единой ответственности.

Это наиболее эффективный и цивилизованный путь к обеспечению QoS в ситуации нескольких поставщиков. Распространению принципа единой ответственности будут способствовать такие факторы, как рост требований клиентов, увеличение числа поставщиков услуг, поддерживающих SLA, международная стандартизация в области QoS и SLA.

Характер и структура SLA. Используемые на практике SLA весьма разнообразны и непостоянны. Основные факторы определяющие характеристики SLA являются:

- вид предоставляемых услуг;

- техническая база, имеющаяся у поставщика услуг;

- требования пользователей;

- поведение партнеров;

- поведение конкурентов.

Обобщая рекомендации нормативных документов и практический опыт, можно предложить следующий примерный состав SLA:

- описание предоставляемой услуги;

- показатели качества и нормативы для них;

- методы и средства контроля;

- процедуры подачи и обработки претензий пользователя;

- штрафные санкции;

- ограничения ответственности поставщика услуг;

- отчетность;

- процедуры внесения изменений;

- дополнительные условия (конфиденциальность, ответственность за ее соблюдение и т. п.).

Выбор показателей качества обслуживания и нормативов для них. Центральное место в SLA занимают показатели качества обслуживания и нормативы для них, часто называемые нормативами уровня обслуживания (Service Level Objectives, SLO). Под последними имеются в виду граничные значения показателей качества, согласованные между поставщиком и потребителем услуг, определяющие уровень обслуживания, который будет обеспечиваться в рамках SLA.

Показатели качества обслуживания, включаемые в SLA, делятся на две категории:

- специальные - зависящие от услуг и/или технологий;

- общие - не зависящие от услуг и/или технологий.

Специальными являются показатели качества, установленные для соответствующего вида услуг и/или сетей в рекомендациях МСЭ-Т и документах других международных организаций. Например, при аренде цифровых каналов это рекомендации МСЭ-Т серии G.82x, для ATM - Рекомендация МСЭ-Т 1.356 и Спецификация ATM Форума Aftm- 0056.000, для Frame Relay - рекомендации МСЭ-Т X. 144-Х. 146 и Спецификация Frame Relay Форума FRF.13, для IP – рекомендации MC3-TY.1540nY.1541.

В качестве общих показателей обычно используются показатели надежности (готовности и ремонтопригодности), причем в SLA чаще всего применяются показатели готовности. Это не случайно, поскольку в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т Е.800 надежность является важнейшим фактором, влияющим на качество обслуживания, а центральное место в концепции надежности занимает готовность (availability). Это соответствует и положениям ГОСТ 27.003-90 «Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности», согласно которому коэффициент готовности является основным показателем надежности для восстанавливаемых объектов непрерывного действия, выходной эффект от применения которых пропорционален суммарной продолжительности пребывания в работоспособном состоянии (что, конечно, не исключает возможность применения при необходимости и других показателей). Именно такими объектами и являются, как правило, средства связи.

Способы задания готовности, которые могут использоваться в SLA, представлены в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Способы задания готовности.

Помимо суммарного времени простоя, характеризующего готовность, клиенту часто важно ограничить и продолжительность каждого отдельного простоя. С этой целью может задаваться гарантированное время восстановления, при превышении которого также применяются штрафные санкции. В SLA должно быть оговорено также, действует ли гарантия на время восстановления 24 ч в сутки, 7 дней в неделю и 365 дней в году, или же относится только к рабочим дням и часам.

Иногда для ограничения длительности простоев предлагается использовать среднее время восстановления, однако этот показатель имеет серьезный недостаток, присущий многим средним характеристикам; длительный простой может быть скомпенсирован большим числом коротких. Более того, нормирование среднего времени восстановления может спровоцировать оператора на то, чтобы специально устроить несколько коротких перерывов для подобной компенсации уже происшедшего длительного простоя.

Особенности качества обслуживания в оптических IP сетях

Существует широко распространенное мнение, что сегодняшние сети КК и КП постепенно объединятся в сети, основанные на IP- инфраструктуре, которая будет переносить как трафик ТфОП, так и традиционных приложений Internet. Такой сценарий конвергенции привлекателен тем, что обеспечивает как снижение себестоимости через объединение технологий, так и развитие индустрии через создание новых услуг. Однако на практике конвергенция идет довольно медленно. С технической точки зрения главным камнем преткновения оказалась проблема качества обеспечения обслуживания (QoS). Традиционные IP-сети используют подход «наилучшей-попытки» (best effort) к качеству, предоставляющий пользователям справедливую долю доступных сетевых ресурсов, но не гарантирующий выполнения никакого определенного уровня производительности. Принцип best effort был достаточно эффективен для поддержки приложений нереального масштаба времени (электронная почта, передача файлов) и был расширен для приложений, близких к реальному масштабу времени (аудио/видео вещание, просмотр Web). Однако маловероятно обеспечить качество, ожидаемое пользователями интерактивной голосовой телефонии и других приложений реального времени, когда ограничения пропускной способности приводят к существенному увеличению величины задержки или к потерям пакетов.

Для того чтобы реализовать полностью полезный эффект от конвергенции, будущие, основанные на IP-сети, нуждаются в использовании новых принципов разделения ресурсов, способных надежно обеспечить дифференцированное QoS для большого и многообразного набора пользовательских приложений, включающих, что особенно важно, голос поверх IP (VoIP). Решения QoS из конца в конец для IP делают возможной успешную конвергенцию IP/ТфОП, которая может быть реализована, например, в три шага:

1. Выполнение сетевыми провайдерами соглашений относительно общего набора параметров производительности IP и требований QoS.

2. Развертывание сетевых механизмов, поддерживающих заданные требования QoS на участке терминал-терминал.

3. Внедрение требований QoS в протоколы сигнализации для возможности создания по запросу IP-потоков с гарантированным QoS.

Вопросы качества обслуживания (QoS) в IP-сетях в последнее время стали особенно актуальными, поскольку от их решения напрямую зависит архитектура перспективной сети связи XXI века. За последние несколько лет в рамках организации IETF было предложено несколько архитектур и механизмов, призванных в той или иной степени обеспечить QoS. Наиболее известными и реализованными являются IntSerf, DiffSerf, MPLS (GMPLS), а также механизм принудительной маршрутизации.

Распространенность технологии IP в сочетании со значительной полосой частот, предлагаемой технологией плотного оптического волнового/спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), известное как, IP-over-DWDM, становится ведущим методом передачи данных на большие расстояния в сетях Интернет следующего поколения (Next Generation, NG).

DWDM - это технология оптического уплотнения, которая позволяет лучше использовать ресурсы оптического волокна путем одновременной передачи пакетов данных на множестве частот или длин волн. Проблема обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS), гарантированного для некоторых услуг, таких как передача пакетов речи и видео в реальном времени, остается практически нерешенной для оптических магистралей. Проблема обеспечения QoS в оптических DWDM сетях имеет несколько фундаментальных отличий от методов QoS, применяемых в электронных коммутаторах и маршрутизаторах. Главнейшее отличие - это отсутствие концепции очередей пакетов в DWDM устройствах свыше того количества пакетов, которое может быть буферизовано (пока находится в «полете») в оптических линиях задержки (Fiber Delay Line, FDL). FDL - это длинная волоконно-оптическая линия, используемая для задержки оптического сигнала на определенный промежуток времени. В качестве альтернативы очередям, оптические сети используют дополнительную передачу сигнальной информации для резервирования полосы частот на предстоящем пути прохождения оптически коммутированных данных.

Технологии оптической коммутации

Для передачи IP-трафика по оптическим сетям, основанным на технологии DWDM, было предложено три основных технологии коммутации. Соответственно, сети IP-over-DWDM могут быть классифицированы, как:

- сети с волновой маршрутизацией (Wavelength Routing, WR);

- сети с оптической коммутацией пакетов (Optical Packet Switching, OPS);

- сети с оптической коммутацией блоков (Optical Burst Switching, OBS).

Сети с маршрутизацией по длине волны. В WR-сетях между двумя оконечными узлами сети создается полностью оптический волновой путь. Этот оптический путь носит название световой путь (light path) и создается путем резервирования волнового канала на каждом звене по всему пути, как это показано на рис. 2.9. После того как все данные будут переданы, световой путь освобождается. Сети WR состоят из оптических кросс-коннекторов (ОХС), соединенных друг с другом волоконно-оптическими линиями в произвольной топологии. Устройства ОХС способны различать потоки данных по тому, на какой порт входа они поступили, и какую имеют длину волны. В результате, в промежуточных узлах не требуется производить какой-либо обработки, Е/О преобразований или буферизации данных, которые передаются между двумя оконечными точками светового пути. Однако WR сети, как разновидность сетей с коммутацией каналов, не используют статистического распределения ресурсов, что приводит к низкому использованию доступной полосы частот.

Сети с оптической коммутацией пакетов. В сетях с коммутацией пакетов IP-трафик обрабатывается и коммутируется каждым маршрутизатором по принципу «пакет за пакетом». IP-пакет состоит из заголовка и полезной нагрузки. Заголовок пакета содержит информацию, необходимую для маршрутизации пакета, тогда как полезная нагрузка переносит реальные данные. Будущая и наивысшая цель сетей OPS - это обработка заголовка пакета внутри оптической среды. На текущем уровне технологий это невозможно. Решением этой проблемы является обработка заголовка в электронной среде, с сохранением полезной нагрузки в оптической среде. Основное достоинство OPS - это возможность повысить использование частотного диапазона путем применения статистического уплотнения для распределения полосы частот.

Рис. 2.9. Образование светового пути

Сети с оптической коммутацией блоков. Сети OBS сочетают достоинства обеих рассмотренных ранее сетей - WR и OPS. Так же, как и в WR сетях, здесь нет нужды в буферизации и электронной обработке данных в промежуточных узлах. В то же время, OBS повышает коэффициент использования сети путем резервирования канала на ограниченный период времени. Основная коммутационная единица в OBS сети - это блок. Блок (burst) - это последовательность пакетов, совместно передающихся от узла входа к исходящему узлу и совместно коммутируемых в промежуточных узлах. Существует несколько подходов к формированию блока; например, техника контейнеризации с ограниченным временем агрегации (Containerization with Aggregation-Timeout, CAT). Блок состоит из двух частей - заголовка и данных. Заголовок, называемый регулирующим блоком (Control Burst, CB), передается отдельно от данных, которые называются блоком данных (Data Burst, DB). СВ, передаваемый первым, резервирует полосу частот вдоль всего пути для соответствующего DB. Затем следует сам DB, который движется по пути, зарезервированному СВ.

Качество обслуживания в сетях IP-over-DWDM

QoS в сетях WR. Здесь представлены основные подходы к обеспечению разделения служб в WR сетях. Эти методы расширяют модель дифференцированных оптических услуг (Differentiated optical Services, DoS). Модель DoS принимает во внимание уникальные оптические характеристики световых путей. Световой путь может быть уникально идентифицирован набором оптических параметров, таких как частота появления ошибок (Bit Error Rate, BER), задержка, джиттер; и режимов, включающих возможности защиты, контроля и надежности. Эти оптические параметры и режимы предоставляют основу для измерения качества оптических услуг, доступных на заданном пути. Цель этих измерений - определение классов оптических услуг, эквивалентных классам QoS в IP.

Структура QoS состоит из шести компонент.

Классы услуг. В QoS класс услуги определяется набором параметров, характеризующих качество и ухудшение оптического сигнала, передаваемого по световому пути. Эти параметры могут определяться или в количественных терминах, таких как задержка, среднее значение BER, джиттер и полоса пропускания, или основываться на функциональных возможностях, таких как контроль, защита, надежность.

Алгоритм маршрутизации и назначения частот. Для того чтобы создать световой путь, предназначенная ему длина волны должна быть зарезервирована вдоль всей трассы прохождения светового пути. Алгоритм, используемый для выбора маршрутов и длин волн при образовании светового пути, известен как алгоритм маршрутизации и назначения длин волн (Routing and Wavelength Assignment, RWA). Чтобы обеспечить QoS в WR сетях, необходимо использовать RWA алгоритм, который учитывает QoS характеристики различных волновых каналов.

Группы световых путей. Световые пути в сети классифицируются по группам, которые отражают уникальные свойства оптической передачи, так что каждая группа соответствует услуге DoS.

Классификация трафика. Текущий трафик ассоциируется с одним из классов, поддерживаемых сетью. Внутри сети используется единая классификация.

Алгоритм назначения световых путей. В технической литературе было предложено множество алгоритмов назначения световых путей, чтобы различать классы обслуживания.

Контроль доступа. В архитектуре DiffServ, в DWDM сетях существует оптический распределитель ресурсов, предназначенный для динамического предоставления световых путей. Оптический распределитель ресурсов отслеживает состояние ресурсов, таких как количество несущих, звеньев, кросс-коннекторов, усилителей и т.п., доступных каждому световому пути, и оценивает характеристики светового пути (вычисление BER) и функциональные возможности (защита, контроль и надежность). Оптический распределитель ресурсов также ответственен за первоначальное установление вызова из конца в конец по цепи оптических распределителей ресурсов, представляющих другие оптические домены, пересекаемые световым путем.

Все вышеназванные компоненты воплощены в оконечных устройствах сети и/или оптическом распределителе ресурсов. На рис. 2.9 изображена WR сеть с оконечными устройствами, оптическим распределителем ресурсов и внутренними устройствами ОХС. Внутренние ОХС нужны только для конфигурации коммутирующего ядра сети при установлении светового пути.

$Описание: C:\Users\Саидкамил\Pictures\МСС6 лекция\9.png$

Рис. 2.9. Сеть WR

QoS в сетях с оптической коммутацией пакетов. Идея, лежащая в основе большинства методов OPS - разделение путей следования данных и управляющей информации. В этом случае, функции маршрутизации и перенаправления выполняются с использованием электронных микросхем после О/Е преобразования заголовка пакета, в то время как полезная нагрузка прозрачно коммутируется в оптическом домене без каких-либо преобразований. До сих пор было предложено всего несколько методов обеспечения разделения служб в OPS сетях. Это связано с тем, что OPS - относительно новая технология, и еще много проблем ожидает своего решения. При любом методе коммутации пакетов могут возникать конфликты, когда большое количество пакетов должно быть передано через малое число исходящих звеньев за ограниченное время. В основном, технологии QoS в сетях OPS с целью обеспечения разделения служб при возникновении конфликтов используют алгоритмы волнового разделения и FDL. Существует два алгоритма для разделения служб в оптических пакетных коммутаторах. Рассмотрим эти алгоритмы как основные технологии обеспечения QoS в сетях OPS.

Распределение несущих (Wavelength Allocation, WA). При этом методе все доступные несущие разделяются на отдельные подмножества и каждое подмножество ассоциируется с различным уровнем приоритета, так что более высокий уровень приоритета имеет большую часть от доступных несущих. Методы WA для разделения служб используют только длину волны и не применяют FDL буферы.

Комбинированное распределение несущих с пороговым сбрасыванием (Combined Wavelength Allocation and Threshold Dropping, WATD). В дополнение к WA, в этом методе используется порог отбрасывания для установления различий между разными классами приоритета. Когда заполнение FDL буфера превышает установленный порог, низкоприоритетные пакеты отбрасываются. Хотя представленные подходы и выглядят простыми, их воплощение в OPS может вызвать трудности, так как это потребует синхронизации между заголовком пакета и его полезной нагрузкой. Этот процесс требует, чтобы полезная нагрузка пакета была задержана до тех пор, пока заголовок не будет полностью обработан и пакет не будет классифицирован, после чего пакету назначается несущая. Но при этом используется принцип «пакет за пакетом», который ограничивает скорость коммутации.

QoS в сетях с оптической коммутацией блоков. Обеспечение QoS в сетях OBS требует сигнального (для резервирования) протокола, поддерживающего QoS. К тому же, для магистральных коммутаторов блоков необходим алгоритм планирования блоков. Основной недостаток этого алгоритма состоит в том, что он вносит значительную задержку в передачу высокоприоритетного трафика.

Планирование в OBS. Когда управляющий блок прибывает в узел, используется алгоритм планирования волновых каналов для определения волнового канала (и FDL, если они применяются) на исходящем звене для соответствующего блока данных. Планировщику необходима такая информация, как время прибытия блока и его смещение по отношению к управляющему блоку. Планировщик отслеживает доступные временные слоты в каждом волновом канале. Если на узле используются FDL, планировщик выбирает один или более FDL для задержки блока данных, если это необходимо.

Проблемы, связанные с качеством обслуживания

В общем проблемы могут быть разделены на две категории:

- не связанные с сетью;

- связанные с сетью.

Не связанные с сетью проблемы включают:

Перегруженные серверы (например, Web или почтовые), к которым пытаются получить доступ пользователи. В этом случае общими путями улучшения QoS являются модернизация серверов или использование дополнительных серверов с оптимальным разделением нагрузки между ними.

Ошибки работы сети. Конфигурирование маршрутизаторов и коммутаторов является сложным и подверженным ошибкам процессом. Например, по ошибке может быть сконфигурирован дублирующий IP-адрес, что приведет к проблемам маршрутизации.

Связанные с сетью проблемы включают:

Проблемы оборудования. Маршрутизаторы и коммутаторы являются сложными системами со сложным аппаратным и программным обеспечением, необходимым для обработки миллионов пакетов в секунду.

Недостаток пропускной способности сети доступа. Из экономических соображений, всегда имеются клиенты с низкоскоростными каналами доступа (например, по dial-up) и перегруженные каналы. Техническое решение для данного вида проблемы простое и ясное:

- добавление пропускной способности;

- классификация трафика и различная его маркировка для последующей обработки, используя слежение (policing), ограничение (shaping) трафика и т.д.

Неравномерное распределение трафика по причине перегрузки некоторых каналов. Это наиболее общая причина связанных с QoS проблем на магистралях. Такие перегруженные каналы служат причиной большой задержки пакетов, джиттера, или потери пакетов. Причинами таких «горячих

точек» в сети могут быть:

- непредвиденные события, такие как обрыв волокна или отказ оборудования;

- изменение модели трафика, в то время как сетевая топология и пропускная способность не могут быть изменены так быстро. На магистрали дополнительная пропускная способность может быть не всегда доступна в нужное время и в нужном месте. К примеру, непредвиденный доступ к Web сайту или незапланированная передача мультимедийного трафика могут стать причиной перегрузки некоторых каналов.

Рассмотрим подход к решению проблем, затронутых выше. Подход формулируется в виде шагов, в порядке уменьшающейся важности.

Шаг первый: приведение сети в порядок. В начале сеть обычно хорошо проектируется и резервируется. Но через какое-то время проблемы, вызванные быстрыми и приближенными решениями, накапливаются. Поэтому должны проводиться регулярные «чистки», при которых отдельные точки неисправностей и узкие места должны быть устранены. Пропускная способность должна быть добавлена в соответствующих местах таким образом, чтобы даже отказ наиболее критичных маршрутов и каналов не приводил к перегрузкам сети. Это наиболее важные и полезные вещи, которые необходимо сделать для обеспечения QoS в IP-сети.

Шаг второй: деление трафика на классы. Предлагаются три класса обслуживания:

- премиум (Premium);

- гарантированный (Assured);

- наилучшей попытки (Best effort).

Premium-обслуживание обеспечивает надежное обслуживание с низкой задержкой и малым джиттером. Трафик реального времени (например, видеоконференции) и трафик, критичный к потерям (например, финансовый или трафик управления сетью), могут также извлечь пользу из такого обслуживания.

Assured-обслуживание обеспечивает надежное и предсказуемое обслуживание. Трафик нереального времени виртуальных частных сетей (Virtual Private Network, VPN) может выиграть от такого обслуживания.

Обслуживание Best effort - традиционное Интернет-обслуживание.

Шаг третий: защита Premium трафика и инжиниринг трафика. В предлагаемом подходе многопротокольная коммутация по меткам (Multiprotocol Label Switching, MPLS) используется для защиты и инжиниринга трафика.

Защита трафика. Сначала в сети конфигурируются пути коммутации по метке (Label Switched Path, LSP). Каждый входной маршрутизатор будет иметь два LSP к выходному. Один LSP используется для Premium трафика, а второй - совместно используется для Assured и Best effort трафика. Premium LSP будет иметь разрешение на быструю перемаршрутизацию. Основная идея быстрой перемаршрутизации заключается в наличии временного соединения LSP, предконфигурированного для канала, маршрутизатора или сегмента пути, состоящего из множества каналов и маршрутизаторов. Такой канал, маршрутизатор или сегмент пути называется защищенным сегментом.

Рис. 2.10. Быстрая перемаршрутизация

Когда в защищенном сегменте происходит отказ, маршрутизатор непосредственно предшествующего защищенного сегмента (называемый защитным маршрутизатором) получит уведомление от второго уровня. Временное соединение LSP будет использоваться для обхода неисправности. Эта защита может вступить в силу в пределах 50... 100 мс. Во время быстрой перемаршрутизации путь, принятый за LSP может быть условно оптимальным. Для исправления этого, защитный маршрутизатор отправит сообщение входному маршрутизатору LSP, который затем вычислит новый путь для LSP и переключит трафик на новый LSP. Данный процесс проиллюстрирован на рис. 2.10. Быстрая перемаршрутизация необходима приложениям, не допускающим потери пакетов. Однако быстрая перемаршрутизация делает сеть значительно сложнее.

В предлагаемом подходе защита трафика служит обеспечению высокой готовности Premium трафика.

Инжиниринг трафика. Поскольку топология и пропускная способность сети не могут быть изменены быстро, неравномерное распределение трафика может стать причиной перегрузок в некоторых частях сети, даже если общая пропускная способность сети больше общих требований. В предлагаемом подходе каждый входной маршрутизатор имеет два LSP к выходному. Один LSP используется для Premium трафика, а второй - совместно используется для Assured и Best effort трафика. Трафик от клиентов классифицируется на входном маршрутизаторе, на входном интерфейсе и поступает в соответствующие LSP. Операторы сетей могут также предоставлять классификацию по многим полям (IP адреса источника и получателя, номера портов, идентификаторы протоколов и т.д.) как дополнительную услугу. Инжиниринг трафика служит двум целям:

- предотвращению случаев (в максимально возможной степени) перегрузок, вызванных неравномерным распределением трафика;

- если перегрузка произошла, быстрому ее устранению.

Шаг четвертый: организация очередей и планирование на основе деления на классы. На основании поля ЕХР заголовка MPLS пакеты различных классов помещаются в различные очереди. Конфигурация производительности и размера очередей является трудной задачей. Рассмотрим один из возможных подходов. Скорость входного потока каждой очереди на интерфейсе может быть найдена суммированием скоростей всех проходящих в данной очереди LSP. Скорость этих LSP может быть получена с помощью протокола SNMP. В зависимости от относительной важности (например, денежной ценности) каждого класса, для них могут быть введены различные веса.

Шаг пятый: внедрение других схем управления трафиком. Policing и Shaping. Когда клиент подписывается на сетевое обслуживание, он заключает соглашение об уровне обслуживания (Service трафика (если надо, то для каждого класса), который пользователь может отправить/принять.

Контрольные вопросы

1. Каковы основополагающие принципы классификации услуг?

2. На какие типы делится вся совокупность телекоммуникационных услуг в соответствии с положениями ITU-T 1.112?

3. В чем состоит сущность понятия «соглашение об уровне обслуживания» (SLA)?

4. Какими должны быть взаимоотношения между поставщиками услуг, участвующими в предоставлении услуги из конца в конец?

5. Каковы особенности обеспечения QoS в оптических IP-сетях?

6. Перечислите основные технологии коммутации, используемые в оптических сетях.

7. Как обеспечивается QoS в WR-сетях?

8. Как обеспечивается QoS в сетях с оптической коммутацией пакетов (OPS)?

9. Как обеспечивается QoS в сетях с оптической коммутацией блоков (OBS)?

3. Стандарты мультимедийной сети связи

ITU - старейшая международная организация, занимающаяся разработкой рекомендаций, которые призваны обеспечить взаимодействие телекоммуникационных сетей разных стран. Формально эти рекомендации нельзя считать стандартами. Тем не менее, подавляющее большинство стран рассматривает рекомендации ITU именно как стандарты. Такая практика позволяет Операторам сетей электросвязи экономично обеспечивать взаимодействие телекоммуникационных систем, а производителям оборудования - продавать его на рынках других стран без существенной адаптации к национальным стандартам или стихийно принятым решениям.

В мае 1865 года в Париже была подписана конвенция о создании Международного Телеграфного Союза - International Telegraph Union. Конференция, состоявшаяся в 1932 году в Мадриде, решила объединить Международный Телеграфный Союз с аналогичной организацией, занимающейся вопросами радиосвязи. В результате появилось название ITU - International Telecommunication Union. Примечательно, что это преобразование не потребовало изменения аббревиатуры на английском языке - ITU. С 1947 года статус ITU изменился. Он стал специализированным учреждением Организации Объединенных Наций. Штаб-квартира ITU с 1948 года расположена в Женеве. Республика Узбекистан с июля 1992 года является членом ITU и исполнение обязанностей членства возложено на министерство по развитию информационных технологий и коммуникаций. В настоящее время (после ряда структурных изменений) основные рабочие органы ITU представлены тремя секторами:

- стандартизации телекоммуникации (ITU-T);

- радиосвязи (ITU-R);

- развития телекоммуникации (ITU-D).

В каждом из трех секторов образован ряд исследовательских комиссий, в которых ведется основная деятельность, связанная с разработкой рекомендаций и иных документов ITU. Следует отметить, что ITU работает в тесном контакте с рядом других международных, европейских, северо-американских и азиатских организаций, прямо или косвенно вовлеченных в работы, относящиеся к стандартизации в области связи.

Перечень исследовательских комиссий сектора стандартизации электросвязи и названия серий рекомендаций, выпускаемых ITU, можно найти на сайте: http://www.itu.int. Там же размещены полезные документы, разработанные ITU.

В 1988 году был учрежден Европейский институт телекоммуникационных стандартов - ETSI. Его стандарты призваны обеспечить совместимость разных национальных систем телекоммуникации, что, в свою очередь, рассматривается как одно из условий эффективности интеграционных процессов в Европе.

Формально стандарты ETSI обязательны только для европейских стран. Ряд организаций, которые расположены за пределами Европы, стали членами ETSI. Этот факт обусловлен рядом причин, среди которых следует отметить эффективность работы ETSI и важный вклад Европы в развитие международных телекоммуникаций.

От Республики Узбекистан членом ETSI является Центр научно-технических и маркетинговых исследований (ЦНТМИ) – UNICON.UZ Министерства по развитию информационных технологий и коммуникаций Республики Узбекистан.

Основная работа ETSI в области стандартизации ведется техническими комитетами. Их перечень приведен на сайте: http://www.etsi.org. На этом же сайте можно найти подробную информацию, касающуюся организационных и технических аспектов работы ETSI.

ITU и ETSI по многим проблемам работают согласованно. Кроме того, они плодотворно сотрудничают с другими международными организациями. В частности, ITU и ETSI координируют свои работы с Международной организацией стандартизации (ISO), с Международной электротехнической комиссией (IEC), с организацией IETF (Internet Engineering Task Force), отвечающей за разработку стандартов для сети Интернет, а также с рядом консорциумов и форумов.

Примеры Рекомендаций ITU-T и стандартов ETSI.

В дополнение к Е.800, вопросы QoS составляют содержание рекомендации Е.860 «Структура соглашения об уровне обслуживания», рекомендации ITU-T Е.430 «Аспекты оценки качества обслуживания», рекомендации ITU-T Y1514 «Параметры работы сетей для предоставления услуг связи», рекомендации ITU-T Y1540 «Параметры качества переноса IP-пакетов», а также рекомендации ITU-T Y1541

Существенная работа по вопросам QoS ведется в ETSI, и в ее результате появились технические отчеты ETR 003, определяющий общие требования к качеству услуг связи, и ETR 138, определяющий многие показатели QoS для фиксированных сетей телефонной связи (количество жалоб на абонентскую линию за год, доля неуспешных вызовов, время установления соединения, срок выполнения заказа установить телефон, доля таких заказов, выполненных в срок, время устранения неисправностей, доля неисправностей, устраненных в оговоренный срок).

Для поддержки конвергенции IP-сетей и сетей ТфОП, IP-сети должны обеспечивать надежное дифференцированное QoS для разнообразных приложений пользователей, включая телефонию. Для обеспечения QoS из конца в конец, провайдерам IP-сетей необходимо согласовать общий набор параметров производительности передачи IP-пакетов и задачи QoS.

13-я исследовательская группа Международного Союза Электросвязи (сектор стандартизации телекоммуникаций) - МСЭ-Т недавно выпустила два международных стандарта (рекомендации), которые выполняют первый из этих трех шагов. Первая рекомендация, Y.1540, определяет стандарты параметров производительности для передачи пакетов в IP-сетях. Вторая, Y.1541, специфицирует требования к стыку сетевой интерфейс-сетевой интерфейс (network-interface-tonetwork-interface, NI-NI) для параметров рекомендации Y.1540 и группирует эти численные требования по шести классам QoS для IP- сетей.

Следующие пять сетевых характеристик рассматриваются в Рекомендации ITU-T Y1540 как наиболее важные с тонки зрения степени их влияния на сквозное качество обслуживания (от источника до получателя):

- пропускная способность сети;

- надежность сеги/сетевых элементов;

- задержка;

- вариация задержки (джиттер);

- потери пакетов.

Пропускная способность сети (или скорость передачи данных) определяется как эффективная скорость передачи, измеряемая в битах в секунду. В рекомендации ITU-TY1540 не приведены значения пропускной способности для разных приложений; но вместе с тем, отмечено, что параметры, связанные с пропускной способностью, могут быть определены с помощью рекомендации ITU-T У1221.

Надежность сети/сетевых элементов может определяться рядом параметров, из которых чаще всего используется коэффициент готовности, представляющий собой отношение времени работоспособности объекта к времени наблюдения. В идеальном случае коэффициент готовности должен быть равен 1, что означает 100%-ю готовность сети.

Параметры доставки пакетов IP. В общем, сеанс связи состоит из трех фаз – установления соединения, передачи информации и разъединения. В Рекомендации ITU-TY.1540 из этих фаз рассматривается только вторая – фаза доставки пакетов IP. Такой подход отражает природу сетей IP, не ориентированных на установление соединений. Рекомендация ITU-TY.1540 определяет следующие параметры доставки IP-пакетов.

Задержка доставки пакета IPTD (IP packet transfer delay) определяется как время t₂-t₁ между двумя событиями - вводом пакета во входную точку сети в момент t₁ и выводом пакета из выходной точки сети в момент t₂, где t₂ > t₁ и t₂-t₁ ≤ Т_max.

В общем, IPTD определяется как время доставки пакета от источника к получателю для всех пакетов. Средняя задержка доставки пакета IP определяется как среднее арифметическое задержек пакетов в выбранном наборе переданных и принятых пакетов. Рост нагрузки и уменьшение доступных сетевых ресурсов ведут к росту очередей в узлах сети и, как следствие, к увеличению средней задержки доставки.

Речевая информация и, отчасти, видеоинформация являются примерами трафика, чувствительного к задержкам, тогда как приложения данных, в основном, к задержкам менее чувствительны. Когда задержка доставки пакета превышает определенное значение Т_max, пакет отбрасывается. В приложениях реального времени (например, в IP-телефонии, в системах видеоконференций) это ведет к ухудшению качества речи.

Рис. 3.1. Эталонная модель и область действия рекомендации Y.1540

Параметр v_k - вариация задержки IP-пакета IPDV (IP packet delay variation) между входной и выходной точками сети определяется как разность между величиной задержки х_k при доставке пакета с индексом k, и d_1,2- минимальной величиной задержки доставки пакета IP для тех же сетевых точек: v_k = х_k - d_1,2. Вариация задержки пакета IP, называемая также джиттером, проявляется в том, что регулярно передаваемые пакеты прибывают к получателю в нерегулярные моменты времени. В системах IP-телефонии это, к примеру, ведет к искажениям звука и, в результате, к тому, что речь становится неразборчивой.

Коэффициент потерь IP-пакетов IPLR (IP packet loss ratio) определяется как отношение суммарного числа потерянных пакетов к общему числу переданных пакетов в выбранном наборе переданных и принятых пакетов. Если пакеты теряются, то при передаче данных возможна их повторная передача по запросу принимающей стороны. В системах VoIP пакеты, пришедшие к получателю с задержкой, превышающей Т_max, отбрасываются, что ведет к провалам в принимаемой речи.

Коэффициент искажений IP-пакетов IPER [IP packet error ratio) определяется как отношение суммарного числа пакетов, принятых с искажениями, к сумме успешно принятых пакетов и пакетов, принятых с искажениями.

Рекомендация ITU-TY1540 определяет для параметров численные значения норм, которые должны выполняться в сетях IP при международных соединениях. Эти нормы разделены по классам QoS, которые определены в зависимости от приложений и сетевых механизмов, применяемых для обеспечения гарантированного качества обслуживания. В табл. 3.1 представлены нормы для определенных выше сетевых характеристик.

Значения параметров, приведенные в табл. 3.1, представляют собой, соответственно, верхние границы для средних задержек, джиттера, потерь и искажений пакетов. Рекомендация Y1541 устанавливает соответствие между классами качества обслуживания и приложениями:

Класс 0 - Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру и характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видеоконференции);

Таблица 3.1. Нормы для характеристик сетей IP с распределением по классам качества обслуживания

Примечание: Н - не нормировано

Класс 1 - Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, интерактивные (VoIP, видеоконференции);

Класс 2 - Транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация);

Класс 3 - Транзакции данных, интерактивные;

Класс 4 - Приложения, допускающие низкий уровень потерь (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео);

Класс 5 - Традиционные виды приложений r сетях IP.

Эталонный маршрут рекомендации Y.1541. Характеристики работы IP из конца в конец, определенные в рекомендации Y.1541, применяются от NI до NI, как показано на рис. 3.2. Сетевой маршрут из конца в конец в IP-сети включает набор сетевых сегментов и каналов передачи, транспортирующих IP-пакеты от SRC до DST. Нижние протоколы, включающие уровень IP вместе с SRC и DST, могут также рассматриваться как часть IP-сети. Сетевые сегменты соответствуют областям операторов и могут содержать архитектуры доступа к IP-сети. Устройство клиента включает в себя все терминальное оборудование, такое как хосты, и любые оконечные маршрутизаторы или ЛВС.

Рис. 3.2. Эталонный путь из конца в конец для задач QoS

Рекомендации ITU-T Y.1540 и Y.1541 совместно обеспечивают ключевое решение головоломки QoS в IP. Y.1540 определяет стандартные рабочие параметры передачи пакетов в IP-сетях. Y.1541 устанавливает характеристики NI-NI для параметров Y.1540 и группирует эти численные характеристики по шести отдельным классам QoS для IP-сети. Весь набор классов охватывает главные категории IP-приложений пользователя. Рабочие значения специфицируемых параметров могут быть достигнуты в реальных сетях и могут быть проверены в подведомственных границах, оборудованных терминальным оборудованием или межсетевыми функциями. Эти рекомендации документируют важное соглашение между сетевыми провайдерами, производителями оборудования и конечными пользователями по уровням качества, которые должны поддерживаться для широкого диапазона IP- приложений, включая телефонию. Они же могут использоваться как база для установления соглашений между сетями, а также для поддержания взаимодействия по QoS среди различных технологий.

Хотя Y.1540/Y.1541 представляют собой полезный шаг вперед, успешное развитие, основанных на IP сетей следующего поколения, обеспечивающих динамический набор определенных классов QoS, не поддерживается. Сегодня механизмы QoS еще не являются широко распространенными на IP-сетях. Хотя соглашения о статичных классах QoS могут осуществляться и сегодня путем сопоставления маркировки пакета (например, поля TOS или DiffServ code points) с определенным классом QoS, все еще необходима работа по определению более гибкой архитектуры QoS и установлению того, как применять классы QoS рекомендации Y.1541 в протоколах сигнализации.

Провайдерам необходимо будет определять и, возможно, стандартизировать средства распределения рабочих характеристик среди нескольких независимых сетей, которые будут типично взаимодействовать в предоставлении IP-потоков с гарантированным QoS между конечными терминалами пользователей.

В Республике Узбекистан за стандартизацию в области телекоммуникаций и информатизацию ответственным является Министерство по развитию информационных технологий и коммуникаций.

Основной организацией, отвечающей за разработку и ведение учета является Центр научно-технических и маркетинговых исследований (ЦНТМИ) UNICON.UZ. При ЦНТМИ UNICON.UZ создана Базовая организация по стандартизации, которая ведет учет и отчетность нормативных документов отрасли, в том числе государственных и отраслевых стандартов, рекомендаций и др.

3.1. Протоколы нижнего уровня

Протоколы нижнего уровня (1-4). Четвертый транспортный уровень в модели ВОС служит для обеспечения пересылки сообщений между двумя взаимодействующими системами с использованием нижележащих уровней. Этот уровень принимает от вышестоящего некоторый блок данных и должен обеспечить его транспортировку через сеть связи к удаленной системе. Уровни, лежащие выше транспортного, не учитывают специфику сети, через которую передаются данные, они «знают» лишь удаленные системы, с которыми взаимодействуют. Транспортный же уровень должен «знать», как работает сеть, какие размеры блоков данных она принимает и т.п.

Следующие три нижних уровня определяют функционирование узла сети. Протоколы этих уровней обслуживают так называемую транспортную сеть. Как любая транспортная система, эта сеть транспортирует информацию, не интересуясь ее содержанием. Главная задача этой сети - быстрая и надежная доставка информации. Основная задача третьего (сетевого) уровня - маршрутизация сообщений, кроме этого он обеспечивает управление информационными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, а также учитывает предоставленные услуги.

Уровень управления каналом (второй уровень), или канальный, представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных (установление соединения, его поддержание и разъединение), организованный на основе физического соединения, он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок.

Таблица 3.2. Функции, выполняемые уровнями систем

Физический (первый) уровень обеспечивает непосредственную взаимосвязь со средой передачи. Он определяет механические и электрические характеристики, требуемые для подключения, поддержания соединения и отключения физической цепи (канала). Здесь определяются правила передачи каждого бита через физический канал. Канал может передавать несколько бит сразу (параллельно) или последовательно, как это происходит в последовательном порте RS232. Краткая характеристика уровней приведена в табл. 3.2.

Интернет базируется на двух основных протоколах - протоколе IP и протоколе TCP. Совокупность TCP и IP, а также ряда сопровождающих протоколов, определяется как стек протоколов Интернет TCP/IP.

Разные сети на базе TCP/IP соединяются друг с другом с помощью маршрутизаторов IP, формируя пространство Интернет.

Протокол IP расположен на третьем уровне модели IETF, и функции этого протокола соответствуют функциям сетевого уровня модели OSI.

Протокол TCP расположен на четвертом уровне модели IETF, и его функции во многом подобны функциям транспортного протокола модели OSI. Протокол TCP обеспечивает сквозной контроль передачи пакетов.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol). Для повышения надежности транспортировки в сетях IP в 1974 году был разработан протокол транспортного уровня TCP, который обеспечивает гарантированную доставку датаграмм. Протокол TCP является ориентированным на соединения. Пакет TCP называется также сегментом.

Протокол UDP (User Datagram Protocol) представляет собой другой пример транспортного протокола в сетях Интернет. Так же, как протокол TCP, UDP обеспечивает доставку датаграмм, однако функционирует в режиме без установления соединений между оконечными точками.

Пакет протокола UDP, содержащий заголовок и поле данных, называется датаграммой UDP. Протокол UDP не поддерживает надежную доставку датаграмм, поскольку в его функции не входят управление передачей данных и подтверждение приема.

В последние несколько лет протокол UDP нашел широкое применение при передаче речи в сетях Интернет (Voice over IP, VoIP).

Транспортный протокол реального времени RTP (Real-time Transport Protocol), описанный в RFC 1889 и RFC 1890, поддерживает услугу сквозной доставки данных, передаваемых в реальном времени, таких как интерактивный трафик аудио и видео. Протокол RTP обеспечивает идентификацию типа полезной нагрузки, нумерацию последовательности пакетов, присвоение меток времени и контроль доставки. В протоколе предусмотрены следующие функции:

- обнаружение ошибок;

- защита информации;

- контроль времени пребывания пакета в сети;

- идентификация схемы кодирования;

- контроль доставки.

Протокол RTP работает вместе с протоколом управления RTCP (RTP Control Protocol), периодически предоставляющим управляющую информацию для протокола RTP Протокол RTCP обеспечивает передачу пакетов управления к участникам сеанса VoIP. Основная функция протокола состоит в том, чтобы информировать участников об уровне качества обслуживания, поддерживаемом протоколом RTP. Протокол RTCP собирает информацию о числе переданных и потерянных пакетов, о значениях задержки и джиттера.

Передачу пакетов между сетями различной архитектуры обеспечивает основной протокол стека - IP. Датаграммный протокол IP не гарантирует надежной передачи пакетов, что, однако, увеличивает пропускную способность при передаче данных через множество сетей.

На сетевом уровне также используются:

- диагностический протокол ICMP (Internet Control Message Protocol), который передает сообщения узлам сети об ошибках и сбоях в передаче;

- протоколы разрешения проблемы адресов: ARP (Address Resolution Protocol) трансформирует IP адрес в физический адрес узла сети (MAC - адрес станции); RARP (Reverse Address Resolution Protocol) выполняет обратную функцию, т. е. с помощью MAC адреса определяет IP адрес.

Работу сетевого уровня поддерживают ряд протоколов маршрутизации

и сигнализации: RIP (Routing Internet Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), EIGRP (Enhanced IGRP), BGP (Border Gateway Protocol), RAP (Routing Access Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol) и др.

Стек протоколов TCP/IP взаимодействует на канальном уровне с большим количеством протоколов и сетевых технологий, которые инкапсулируют пакеты IP протокола. На сегодня вопросам взаимодействия Интернета с другими сетями посвящено более 290 документов RFC.

Методы маршрутизации. Протоколы маршрутизации (см. рис. 3.3.) представляют собой наиболее сложную группу протоколов Интернет, которая динамично развивается. Под маршрутизацией понимают решение задачи поиска оптимального пути от отправителя информации к ее получателю. Оборудование, которое решает эту задачу, называют маршрутизаторами (router). В IP-сетях (Интернет и др.) главным параметром маршрутизации является адрес в IP-протоколе. Сеть Интернет организована как совокупность взаимосвязанных между собою автономных систем или доменов (domains). Автономная система включает в себя IP-сети которые имеют единое административное управление и общую политику (стратегию) маршрутизации (policy routing). В пределах домена используются протоколы внутренней (Interior Gateway Protocol, IGP), а между ними протоколы внешней маршрутизации (Exterior Gateway Protocol, EGP).

Протокол RIP. Протокол RIP - это протокол внутренней маршрутизации, предназначенный для небольших доменов. Первая версия протокола RIP стандартизирована RFC 1058, а вторая - RFC 1722 и др. RIP для передачи сообщений использует протокол UDP (порт 520). Сообщения RIP состоят из IP-адреса сети и числа шагов (маршрутизаторов) к ней. Максимальное количество шагов - 15. В одном сообщении RIP может быть информация о 25 сетях. Маршрутизатор, на котором работает RIP, получая сообщения RIP от других маршрутизаторов, строит свою таблицу маршрутизации, в которой прописаны пути к другим сетям. Обмениваясь RIP сообщениями, маршрутизаторы каждые 30 секунд обновляют свои таблицы маршрутизации и с их помощью выполняют продвижение пакетов по сети.

Недостатки протокола:

Рис. 3.3. Структура стека протоколов TCP/IP

- не всегда выбирается самый эффективный маршрут;

- из-за медленной сходимости образуются логические петли и медленно возобновляются таблицы после сбоя в работе маршрутизатора;

- используются широковещательные рассылки большого количества служебной информации (таблицы маршрутизации), которые загружают сеть;

- ограничен размер домена маршрутизации (15 переходов);

- не работает с адресами подсетей и не различает автономных систем.

Протокол OSPF стандартизирован в RFC 1370, 1578, 1793, 1850, 2328. Применяется для внутренней и внешней маршрутизации, используя алгоритм состояния каналов. Может обслуживать автономную систему, которая состоит из нескольких зон. Протокол OSPF значительно эффективнее протокола RIP. Маршрутизатор, на котором работает OSPF, решает проблему оптимизации маршрутов, анализируя граф сети с метрикой, характеризующей качество обслуживания.

Основными параметрами метрики являются: пропускная способность, задержка, надежность, а дополнительными - загрузка канала, безопасность. Маршрутизаторы обмениваются сообщениями только при изменении топологии сети. OSPF быстрее, чем RIP, перестраивает маршрутную таблицу.

К основным преимуществам OSPF относятся:

- применение групповой передачи коротких сообщений при изменении топологии сети, что снижает непроизводительную загрузку сети;

- поддержка распределения информации по параллельным каналам в зависимости от их пропускной способности, что улучшает работу сети в целом.

Протоколы IGRP и EIGRP. Эти протоколы разработаны фирмой Cisco Systems и используются для внутренней маршрутизации. IGRP использует алгоритм «вектор-расстояние», имеет значительно лучшие характеристики, чем протокол RIP, в частности:

- надежно работает в сетях сложной топологии;

- обладает лучшей, чем RIP, сходимостью;

- значительно снижает объем передачи служебной информации;

- распределяет информацию между каналами с одинаковыми метриками.

В метрику протокола входят следующие параметры канала: пропускная

способность, задержка, нагрузка, надежность. Эти параметры могут меняться в широких пределах. Например, пропускная способность может изменяться от 1200 бит/с до 10 Гбит/с.

EIGRP - это протокол, который объединяет все преимущества алгоритмов «вектор-расстояние» и «состояния каналов». Протокол реализован на базе алгоритма распределенного обновления - (Distributed Update Algorithm, DUAL), который позволяет маршрутизатору быстро возобновлять работу после изменения сетевой топологии.

Протокол имеет:

- возможность находить соседа;

- алгоритм DUAL;

- усовершенствованный механизм инкапсуляции сообщений в IP.

Протоколы EGP и BGP принадлежат к протоколам внешней маршрутизации сети Интернет. С помощью EGP взаимодействуют выделенные маршрутизаторы разных автономных систем, которые собирают информацию о системе с помощью внутренних протоколов маршрутизации. К недостаткам EGP можно отнести следующее: не используется метрика, т.е. не выполняется интеллектуальная маршрутизация; не отслеживается появление петель маршрутов; служебные сообщения имеют большой размер.

В последнее время вместо EGP используют более совершенный протокол BGP, который, в свою очередь, для передачи служебных сообщений использует протокол TCP. Это повышает надежность при взаимодействии между автономными системами, поскольку TCP гарантирует доставку маршрутной информации. BGP полностью исключает недостатки протокола EGP. В качестве метрики используется скорость передачи в канале, его надежность и т.п. На сегодня BGP (третья версия) - это основной протокол сети Интернет, который определяет маршруты к удаленным автономным системам.

Протокол Х.25. Сети с коммутацией пакетов (КП) на базе протокола Х.25 были разработаны в середине - конце 1970-х годов с целью обеспечить передачу данных между двумя удаленными пунктами через аналоговую передающую среду. Основной сферой их использования была связь между терминалами и рабочими компьютерами (хостами). Протокол Х.25, разработанный в ITU-T, обеспечивает передачу пакетов через сеть, являясь протоколом третьего (сетевого) уровня модели ВОС.

В протоколе Х.25 задача сохранения целостности сообщений возлагалась на сеть, что достигалось путем применения помехоустойчивых кодов, запросов и повторений пакетов между узлами сети.

Наконец, в телефонных сетях, для которых и был разработан протокол Х.25, имеет место высокая (для передачи данных) вероятность ошибки (10^-3 - 10^-4), что ведет к потере пакетов и необходимости их повторной передачи. Решение перечисленных выше проблем обеспечивается технологией Frame Relay, представляющей собой упрощенную версию протокола Х.25.

3.2. Протоколы верхнего уровня

Протоколы верхнего уровня (5-7). Прикладной (пользовательский) уровень является основным, именно ради него существуют все остальные уровни. Он называется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы системы, которые должны решать некоторую задачу совместно с прикладными процессами, размещенными в других открытых системах. Прикладной уровень эталонной модели ВОС определяет смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы в процессе совместного решения некоторой заранее известной задачи.

Шестой уровень называется уровнем представления. Он определяет в основном процедуру представления передаваемой информации в нужную сетевую форму. Это связано с тем, что сеть объединяет разные оконечные пункты (например, разные компьютеры). Если бы все оконечные пункты в сети были одного типа, то не понадобилось бы введение уровня представления. Так, в сети, объединяющей разнотипные компьютеры, информация, передаваемая по сети, должна иметь определенную единую форму представления. Именно эту форму и определяет протокол шестого уровня.

Следующий пятый уровень протоколов называют уровнем сессий, или сеансовым. Его основным назначением является организация способов взаимодействия между прикладными процессами - соединение прикладных процессов для их взаимодействия, организация передачи информации между процессами во время взаимодействия и «рассоединения» процессов.

Далее идут четыре протокола низшего макроуровня. Основная задача протоколов низшего уровня сводится к быстрому и надежному перемещению информации. Поэтому протоколы низшего уровня иногда называют протоколами транспортной сети. Выход в транспортную сеть осуществляется через так называемый порт. Каждый процесс имеет свой порт. Перед входом в транспортную сеть информация пользователя получает заголовок того процесса, который ее породил. Транспортная сеть обеспечивает передачу информации пользователя с заголовком процесса (сообщения) адресату, используя для этого протоколы низшего уровня.

Архитектура протоколов Интернета четырехуровневая. Появившуюся намного позже семиуровневую архитектуру протоколов эталонной модели ISO можно рассматривать как дальнейшее развитие TCP/IP - декомпозицию двух уровней TCP/IP. Действительно, отличие двух архитектур состоит в том, что три высших уровня (прикладной, представления данных, сеансовый) модели OSI в архитектуре TCP/IP объединены в один – прикладной (рис. 3.4). Уровень сетевых интерфейсов TCP/IP соответствует двум уровням OSI канальному и сетевому.

Рис. 3.4. Структура стека протоколов TCP/IP

Прикладной уровень TCP/IP поддерживает традиционные услуги:

- электронная почта и обмен новостями, которые реализуются с помощью простого протокола передачи электронной почты SMNP (Simple Mail Transfer Protocol);

- почтовых протоколов IMAP (Internet Message Access Protocol), POP (Post Office Protocol) и Х.400; сетевого протокола обмена новостями NNTP (Network News Transfer Protocol);

- виртуальный терминал реализуется с помощью протокола Telnet;

- передача файлов осуществляется с помощью протоколов FTP (Fail Transfer Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) и NFS (Network File Systems);

- справочные спужбы реализуются с помощью системы доменных имен DNS (Domain Name System) и Х.500;

- вспомогательные протоколы: получения собственных идентификаторов

- ВООТР, времени - NTP (Network Time Protocol), диагностики

- Echo и информации о системе - Finger.

В середине 1990-х годов активно внедрялись услуги, базирующиеся на технологии WWW (World Wide Web), основанной на протоколе передачи гипертекста (Hypertext Transfer Protocol, HTTP) с использованием URL (Universal Resource Locator) и URN (Universal Resource Names). Сегодня популярны услуги пакетной IP-телефонии на базе протоколов SIP (Session Initiation Protocol), RTP (Real-time Transport Protocol), RTCP (Real-rime Transport Control Protocol), рекомендаций Н.323 и др.

Особое место в стеке занимают протоколы мониторинга и управления:

- SNMP (Simple Network Management Protocol);

- RMON (Remote Monitoring).

С помощью этих протоколов отслеживают состояние сети и проводят ее администрирование.

Протокол пересылки файлов FTP. Одним из методов доступа к удаленным файлам данных, расположенных на удаленном сервере, является передача копии файла по запросу клиента. В сетях Интернет для этой цели используется стандартный протокол FTP (File Transfer Protocol) - протокол пересылки файлов. Про юкол FTP, являющийся одним из старейших протоколов (он был разработан в начале 70-х годов прошлого века), относится к протоколам уровня приложений и использует для передачи данных фанспоргный протокол TCP.

До начала 90-х годов XX века на долю протокола FTP приходилось около половины трафика в сети Интернет. Протокол и сегодня используется для распространения ПО и доступа к удаленным серверам и хостам, однако ему на смену быстро приходят методы доступа, основанные на технологии Всемирной Паутины.

Протокол пересылки гипертекстовых сообщений HTTP и Всемирная Паутина. В 1989 году физик Томас Бсрнерс-Ли, работая в Европейском совете по ядерным исследованиям (CERN) в Женеве, предложил проект, теперь известный как Всемирная паутина (World Wide Web). Для реализации проекта

Т. Бернерс-Ли разработал три основных инструмента, без которых нельзя представить себе современный Интернет - идентификаторы URI, протокол HTTP и язык HTML.

С технической точки зрения полезно рассматривать WWW как множество клиентов и серверов, которые общаются с помощью единого протокола, известного как HTTP(Hypertext Transfer Protocol). Для облегчения создания, хранения и отображения гипертекста во Всемирной паутине используется язык разметки гипертекста HTML {Hypertext Markup Language). Комбинация протоколов HTTP и HTML обеспечивает доставку текстов, графики, звука, видео и других мультимедийных файлов через глобальную сеть Интернет.

Протокол SIP. Работы в области создания протоколов сигнализации для системы VoIP начались в IETF с выпуска спецификации draft-ietf-mmusic- sip-OO, где был описан протокол Session Invitation Protocol, получивший впоследствии название SIP/1.0.

Этот документ специфицировал только запрос установления сеанса связи, однако в перспективе эта спецификация ориентировалась на интеграцию в создававшуюся в то время мультимедийную архитектуру конференций, о чем свидетельствовала аббревиатура MMUSIC в названии этого документа, которая не была непосредственно связана с музыкой, а расшифровывалась как Multiparty Multimedia Session Control.

Протокол SIP используется для установления сеансов связи между пользователями.

Протокол Н.323. Первой рекомендацией для построения сетей IP-телефонии стала рекомендация Н.323. Так как ITU исторически занимался проблемами ТфОП, то и предложенная рекомендация фактически определяла сеть ISDN (Integrated Services Digital Network), наложенную на IP-сеть. В частности, процедура установления соединения в сети IP-телефонии по Н.323 базируется на рекомендации Q.931 и практически идентична той же процедуре в сетях ISDN.

Основными устройствами сети Н.323 являются терминал, шлюз, привратник и устройство управления конференциями.

Протокол электронной почты SMTP. Электроннаи почта является одним из самых старых приложений в сетях IP. Сегодня обмен сообщениями через электронную почту используется миллионами людей ежедневно. Этот обмен, являющийся еще одной формой обмена данными между клиентом и сервером, реализуется с помощью протокола SMTP (Simple Mail Transfer Protocol - простой протокол доставки почтовых сообщений). Спецификация RFC 822 определяет две час1и сообщения - заголовок и тело. Обе части кодируются 7-разрядным кодом ASCII. Индивидуальные почтовые адреса имеют формат вида <username@domain> (имя пользователя@подсеть). Эти адреса почтовых ящиков распознаются на уровне SMTP.

Почтовое сообщение обычно передается от клиента (пользователя электронной почтой) к локальному серверу SMTP, который отвечает за доставку почты по запросам клиентов. Процесс обработки почты в сервере заключается в накоплении приходящих сообщений, каждое из которых содержит адреса отправителя, получателя, а также время отправления. Локальный сервер, получив исходящее сообщение, идентифицирует IP-адрес удаленного сервера SMTP в пункте назначения и производит попытку установить сеанс TCP с этим удаленным сервером. После того как соединение установлено, почтовое сообщение копируется в сервере назначения. Как только сервер-отправитель получает подтверждение успешной передачи, сообщение удаляется из памяти локального сервера. Затем удаленный пользователь может получить доступ к своему серверу и принять доставленное сообщение.

Протокол MIME. При разработке протокола SMTP предполагалось, что электронная почта будет использоваться только для передачи простого текста. В 1993 г. спецификация RFC 822 была расширена для того, чтобы обеспечить передачу данных различных типов - аудио, видео, документов Word и других. Для этих целей используется протокол MIME (Multipurpose Internet Mail Extension - многоцелевое почтовое расширение Интернет). MIME определяет механизмы передачи различных типов информации с помощью электронной почты, включая текст на языках, для которых используется кодирование, отличное от кода ASCII, а также музыку, графику и фильмы. Преобразование формата MIME обычно производится почтовыми серверами или клиентской почтовой программой при передаче и получении электронных сообщений.

3.3. Системы сигнализации

Сигнализация в телефонной связи

Определение термина «сигнализация» приведено в рекомендациях ITU. Под сигнализацией понимается обмен информацией (при автоматической связи), специально предназначенной для установления и завершения соединения, а также для управления сетью и обслуживанием вызова.

С точки зрения сетевой иерархии в телефонии принято выделять два вида сигнализации: абонентскую и межстанционную. Часто вводится еще один класс - внутристанционная сигнализация.

Еще один полезный способ классификации систем сигнализации основан на функции передаваемых сообщений. С этой точки зрения обычно выделяют три вида сигналов:

- акустические, информирующие абонента об основных фазах обслуживания вызова (например, «Ответ станции» и «Контроль посылки вызова»);

- линейные, определяющие состояния каналов и устройств коммутации в процессе установления и завершения соединения (в частности, «Занятие» и «Ответ абонента»);

- управляющие (регистровые), содержащие информацию о номере или адресе, которая необходима для организации связи межстанционной сигнализации используются в сетях фиксированной телефонной связи с коммутацией каналов.

В настоящее время в ТфОП используется сигнализация с одним и с двумя ВСК. В тех случаях, когда транспортная сеть построена на базе ЦСП, обычно применяется сигнализация с двумя ВСК. Для организации ВСК стандартизован алгоритм распределения ресурсов, которые образованы в шестнадцатом канальном интервале тракта ИКМ-30/32.

Передача номера, который набирает вызывающий абонент посредством импульсов и пауз, замедляет процесс установления соединений. Для устранения этого недостатка была введена многочастотная сигнализация. Используемые в ней сигнальные комбинации многочастотного кода состоят из двух синусоидальных сигналов. Передаваемые сигналы используют два разных номинала частот из шести возможных. Соответствующий способ часто называют кодом «2 из 6».

Общий канал сигнализации

ITU-T принял решение о разработке новой системы общеканальной сигнализации, отвечающей перспективным требованиям как ТфОП (причем, на всех уровнях ее иерархии), так и других сетей электросвязи. Эта система сигнализации стала одной из самых удачных разработок ITU-T. Ее спецификация известна как система сигнализации №7. Далее, используя аббревиатуру «ОКС», мы будем подразумевать общий канал сигнализации, соответствующий спецификации ITU-T для системы №7 (ОКС7).

Принципы выделения функциональных уровней в модели системы общеканальной сигнализации имеют ряд специфических особенностей. Следствием этою стало ее отличие от известной модели ISO, которая содержит семь уровней.

Рис. 3.5. Сигнализация по общему каналу

На рис. 3.6 показана модель системы общеканальной сигнализации и обозначены ее отличия от аналогичной структуры, принятой международной организацией по стандартизации. Эта структура, содержащая семь уровней, хорошо известна по аббревиатуре OSI.

Рис. 3.6. Модель системы общеканальной сигнализации

Три нижних уровня системы ОКС образует подсистема переноса сообщений МТР (Message Transfer Part). Функциональные возможности этих уровней МТР были достагочны для обслуживания сигнальной нагрузки трех ранее существовавших подсистем-пользователей:

- сети передачи данных - DUP (Data User Part);

- процедуры хэндовера - HUP (Handover User Part);

- телефонной сети - TUP (Telephone User Part).

Подсистема управления сигнальными соединениями SCCP (Signalling connection control part) дополняет функции МТРЗ до уровня 3 модели OSI и необходима для работы следующих подсистем-пользователей:

- подвижной связи стандарта NMT-450 - MUP (Mobile User Part);

- цифровой сети интегрального обслуживания - ISUP (ISDN User Part).

Функциональные возможности SCCP используются также прикладной подсистемой поддержки транзакций ТСАР (Transaction capabilities application part). Подсистема ТСАР, в свою очередь, необходима для функционирования следующих прикладных подсистем:

- мобильной связи стандарта GSM - MAP (Mobile Application Part);

- эксплуатационного управления - ОМАР (Operations, Maintenance and Administration Part);

- Интеллектуальной сети - INAP (Intelligent Network Application Protocol);

- протокола CAMEL - CAP (CAMEL Application Protocol).

Сеть сигнализации

Коммутационную станцию с программным управлением можно рассматривать как пункт сигнализации SP (Signaling Point).

Пункт сигнализации выполняет функции формирования, передачи, приема и интерпретации сигнальных сообщений. Некоторые пункты сигнализации выполняют функции перемещения СЕ из одного звена сигнализации в другое. Они называются транзитными пунктами сигнализации -STP (Signaling Transfer Point). Совокупность SP и STP, а также связывающих их сигнальных звеньев, образует своего рода сеть. Она называется сетью сигнализации.

Любые два SP, между которыми возможен обмен сигнальной информацией, называются связанными. Связь двух SP может обеспечиваться либо прямым пучком сигнальных звеньев, либо средствами сети сигнализации с организацией транзита при помощи STP В первом случае два SP (с точки зрения структуры сети сигнализации) являются смежными, во втором - несмежными. Наличие в сети сигнализации и смежных, и несмежных SP обусловлено тем, что в ней возможно, в принципе, использование разных режимов функционирования.

В современной сети сигнализации могут применяться три режима работы: связанный, несвязанный и квазисвязанный. Квазисвязанный режим представляет собой частный случай несвязанного режима.

Путь, по которому сигнальная информация проходит через сеть, назначается заранее и является на некоторый период времени фиксированным. На практике сети сигнализации поддерживают связанный и квазисвязанный режимы.

Примеры организации связанной и квазисвязанной сетей приведены на рис. 3.7. Для обоих вариантов предполагается, что система общеканальной сигнализации создается для телефонной сети, в которой установлены пять коммутационных станций. Все станции связаны между собой по принципу «каждая с каждой». Эту топологию повторяет связанная сеть сигнализации.

В квазисвязанной сети установлено четыре STP. Они связаны между собой по принципу «каждый с каждым». Любой из пяти SP опирается на два STP Такое решение обеспечивает высокую надежность сети сигнализации. Помимо высокой надежности сеть сигнализации должна также обеспечивать быстрое прохождение сигнальных сообщений. Это требование обусловлено существенным влиянием задержки сигнальных сообщений на показатели качества обслуживания трафика в ТфОП.

Мобильные приложения стека протоколов ОКС

В стек ОКС органично вписался и протокол MAP (Mobile Application Part), первая версия которого появилась в процессе развития мобильной связи еще в 1988 году. То же произошло и с другим протоколом CAP (CAMEL Application Part) стека ОКС7,

Рис. 3.7. Структуры сети сигнализации

То же справедливо и в отношении разработанного для Северной Америки протокола ANSI-41, который функционально идентичен МАР и располагается на том же уровне в стеке протоколов ОКС7, представленном на рис. 3.6. Информация МАР и ANSI-41 транспортируется и инкапсулируется протоколами нижележащих уровней МТР1, МТР2, МТРЗ, SCCP и ТСАР,

Протокол МАР используется для определения операций между сетевыми компонентами СПС, такими как MSC, BTS, BSC, HLR, VLR, EIR, MS, а также SGSN/GGSN в GPRS (General Packet Radio Service). Всего с целью поддержки GSM определено пять приложений МАР для подсистемы коммутации (MAP-MSC, МАР-VLR, MAP-HLR, МАР-EIR, МАР-АuС) и приложение BSSAP (BSS Application Part) для контроллера базовых станций BSC.

Модель протокола МАР

Базой для этой разработки послужила модель сети подвижной связи, (рис. 3.8.), которая описывает метод перевода управления обслуживанием вызова (хэндовер) от одною центра коммутации к другому, и протокол МАР, поддерживающий мобильность абонентов между разными сетями подвижной связи.

В сетях же подвижной связи местонахождение абонента может существенно изменяться без специального уведомления сети - например, абонент может выключить свой сотовый телефон в аэропорту, а через пару часов снова включить его в СПС совсем другой страны. Для входящих к мобильным абонентам вызовов не существует непосредственной связи между местонахождением абонента и номером сотового телефона.

Рис. 3.8. Модель управления обслуживанием вызовов между абонентами двух СПС и ТфОП

Перед тем как организовать передачу вызова к мобильному терминалу вызываемого абонента, нужно получить в реальном времени информацию о его местонахождении и другую служебную информацию, а потому такие вызовы требуют обмена большим количеством служебных сигналов, не относящихся непосредственно к вызову и/или к сеансу связи.

Системы сигнализации VoIP

Создание архитектуры SIP

Работы в области создания протоколов сигнализации для системы VoIP начались в IETF с выпуска спецификации draft-ietf-mmusic-sip-00, где был описан протокол Session Invitation Protocol.

Этот документ специфицировал только запрос установления сеанса связи, однако в перспективе эта спецификация ориентировалась на интеграцию в создававшуюся в то время мультимедийную архитектуру конференций, о чем свидетельствовала аббревиатура MMUSIC в названии этого документа, которая не была непосредственно связана с музыкой, а расшифровывалась как Multiparty Multimedia Session Control.

До создания первой спецификации протокола инициирования сеансов, известного сейчас как SIP (Session Initiation Protocol), в 1996 году в IETF соперничали два протокола установления сеансов связи: уже упомянутый выше и протокол Simple Conference Invitation Protocol (SCIP).

Сигнализация ОКС7 поверх IP

Задачами организации переноса сообщений ОКС7 через сеть IP занимается рабочая группа Sigtran, входящая в IETF. Основой стека протоколов Sigtran для надежной транспортировки сообщений ОКС7 по сетям IP (рис. 3.9.) является протокол управления потоками SCTP (Stream Control Transmission Protocol), который поддерживает перенос сигнальных сообщений между конечными пунктами сигнализации в сети IP.

Рис. 3.9. Стек протоколов Sigtran

Протокол управления потоками SCTP

Для организации сигнальной связи один конечный пункт предоставляет другому перечень своих транспортных адресов (1Р-адреса в сочетании с номером порта SCTP). Протокол SCTP позволяет независимо упорядочивать сигнальные сообщения в разных потоках и обеспечивает перенос сигнальной информации с подтверждением приема, доставку сообщений каждого потока с сохранением очередности их следования, возможность объединения нескольких сообщений в один пакет SCTP, фрагментацию данных по мере необходимости, устойчивость к перегрузкам и т.п.

Протоколы адаптации M2UA, М2РА и M3UA

Для реализации функциональных возможностей рассмотренного протокола МТР в сетях IP рабочая группа Sigtran рекомендовала три новых протокола - M2UA, М2РА и M3UA. Каждый из них кратко рассматривается ниже, но прежде приведем основные требования ITU-T к переносу сообщений МТР как по цифровым телефонным сетям, так и по 1Р-сетям:

- для одноранговых процедур уровня 3 МТР требуемое время отклика должно находиться в пределах от 500 мс до 1200 мс;

- вероятность потери сообщения из-за отказов на транспортном уровне должна быть не более 10^-7;

- вероятность несвоевременной доставки сообщения из-за отказов на транспортном уровне должна быть не более 10^-9.

Протокол M2UA уровня адаптации для пользователей уровня 2 МТР (МТР Level-2 User Adaptation Layer) предусматривает набор услуг, эквивалентный тому, который предоставляет уровень 2 МТР уровню 3 МТР в обычной сети ОКС7.

Протокол используется между шлюзом сигнализации и контроллером транспортного шлюза в сетях VoIP Шлюз сигнализации принимает сообщения ОКС7 через интерфейс уровня 1 и уровня 2 МТР от конечного или транзитного пункта сигнализации. Шлюз является окончанием для звена ОКС7 на уровне 2 МТР и транспортирует информацию уровня 3 МТР и верхних уровней к контроллеру транспортного шлюза или к другому конечному пункту сети IP, используя протокол M2UA поверх SCTP/IP

Протокол М2РА уровня адаптации для одноранговых пользователей МТР2 (МТР2 User Peer-to-Peer Adaptation Layer), в отличие от протокола M2UA используется для полномасштабной обработки сообщений уровня 3 МТР, которыми обмениваются два любых узла сети ОКС7, взаимодействующих через сеть IP.

Пункты сигнализации сети IP функционируют как обычные узлы ОКС7, используя протоколы стека TCP/IP.

Протокол М2РА облегчает интеграцию сетей ОКС7 и IP благодаря тому, что позволяет узлам сети с коммутацией каналов иметь доступ к базам данных IP-телефонии и к другим узлам сетей IP, используя сигнализацию ОКС7. И, наоборот, протокол М2РА позволяет приложениям IP-телефонии получать доступ к базам данных сети ОКС7.

Протокол M3UA уровня адаптации для пользователей уровня 3 МТР (МТР Level-3 User-Adaptation Layer) связан с переносом по сети IP средствами протокола SCTP сигнальных сообщений подсистем-пользователей уровня 3 МТР (например. ISUP, SCCP).

Протокол M3UA используется между шлюзом сигнализации и контроллером транспортного шлюза или базой данных IP-телефонии. Он расширяет доступ к услугам уровня 3 МТР шлюза сигнализации, охватывая удаленные конечные пункты IР-сети.

Протоколы SUA и IUA

Протокол SUA уровня адаптации для пользователей SCCP поддерживает перенос по IP-сети (средствами протокола SCTP) сигнальных сообщений пользователей SCCP, например, ТСАР или INAP, протокол SUA используется между шлюзом сигнализации и конечным пунктом сигнализации IP-сети. Протокол SUA поддерживает как услуги SCCP без соединения с неупорядоченной и упорядоченной доставкой, так и услуги, ориентированные на соединение, с управлением или без управления потоком данных и с обнаружением потерь сообщений и ошибок вследствие несвоевременной доставки сообщений (то есть классы услуг SCCP с 0 по 3). В случае услуг без соединения протоколы SCCP и SUA взаимодействуют в шлюзе сигнализации.

Протокол уровня адаптации для ISDN-пользователя (IUA) поддерживает перенос через сеть IP сообщений Q.931. Протокол IUA исключает использование в системе сигнализации части протокола МТР и позволяет приложениям верхнего уровня непосредственно взаимодействовать с транспортным протоколом SCTP.

3.4. Мультимедийная синхронизация

Синхронизация

Под синхронизацией понимается процедура согласования между функциональными элементами сети связи времени выполнения некоторых важных процессов передачи, коммутации и обработки информации. Термин «синхронизация» используется для описания различных процессов функционирования сети связи и ее отдельных элементов. Применительно к цифровой ТфОП целесообразно рассматривать три аспекта синхронизации:

- тактовая синхронизация;

- цикловая синхронизация;

- сетевая синхронизация.

Тактовая синхронизация основана на выделении сигнала синхронизации из общего потока битов. Она необходима для согласования во времени работы устройств передачи и приема на уровне битов (тактовых интервалов). Цикловая синхронизация необходима для определения в общем потоке битов начала и конца блоков информации, поступающей от разных источников, для правильного распределения ее на приеме. Сетевая синхронизация поддерживает заданные показатели долговременной точности и стабильности тактовых сигналов в разных точках сети (в том числе, при международных соединениях) с тем, чтобы обеспечивалось высокое качество передачи информации.

Для сетевой синхронизации используются кварцевые и атомные генераторы. Они вырабатывают эталонные сигналы с высокой точностью. Например, стабильность обычного кварцевого генератора составляет 10^-6 за год. Стабильность атомных генераторов, подразделяемых на рубидиевые, цезиевые и водородные, сущесгвенно выше. В частности, цезиевый генератор обеспечивает стабильность 10^-13 за год.

Синхронизация звука и изображения

Сессия мультимедиа состоит из нескольких потоков, каждый из которых передается в отдельной сессии RTP. Так как задержки, связанные с форматами кодирования, существенно различаются, то в разных потоках будет разное время проигрывания, как показано на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Синхронизация потоков мультимедиа

Обычно синхронизация применяется для выравнивания потоков звука и изображения, но данная технология может применяться для любых типов потоков. Часто разделение звука и изображения на отдельные потоки диктуют предпочтения участников сессии. Некоторые в видеоконференциях предпочитают получать только звук. Это особенно важно для конференций с большим количеством участников.

Поведение отправителя

Отправитель помогает в процессе синхронизации потоков мультимедиа путем запуска общих часов и периодического уведомления через пакеты RTCP о рассогласовании общего и потокового времени. Общие часы идут с постоянной скоростью, а получателю дается информация, помогающая выравнивать скорости в потоках, как показано на рис. 3.11.

Соответствие между общим временем и потоковым определяется в момент формирования пакета RTCP. Общее время Treference отражается в метке времени пакета RTP:

TRTP = Treference · Raudio + Oaudio.

Отсюда получаем смещение часов:

Oaudio = Taudio – (Tavailable – Daudio_capture) · Raudio.

Tavailable определяется задержками операционной системы, а Daudio_capture – длительностью процесса захвата данных.

На рис. 3.12. демонстрируется необходимость синхронизации часов, когда потоки мультимедиа получаются из разных источников.

Еще одна проблема синхронизации – идентификация потоков, к которым она должна быть применена. RTP решает ее путем выдачи связанным источникам общих имен (CNAME), поэтому получатель различает зависимые и независимые потоки.

Рис. 3.11. Выравнивание времени по общим часам

Рис. 3.12. Синхронизация потоков от разных источников

Поведение получателя

Получатель должен выделить синхронизируемые потоки и выровнять их перед проигрыванием. Первое достигается достаточно просто использованием одинаковых имен CNAME в разных потоках. Сложнее сама процедура синхронизации (рис. 3.13 и 3.14).

Рис. 3.13. Синхронизация звука и изображения на стороне пользователя

Рис. 3.14. Установление соответствия времен на стороне пользователя

Получатель вначале определяет соответствие между общим временем, установленным отправителем, и временем синхронизируемых потоков путем сравнивания данных RTP- и RTCP-пакетов. При получении пакета данных RTP с меткой времени M может быть вычислено время захвата:

Здесь M_sr – метка времени RTP в последнем полученном пакете RTCP; TS_sr – общее время в секундах; R – номинальная скорость часов данных в герцах. Получатель также вычисляет время вывода синхронизированных данных TR согласно локальным часам. Оно равно метке времени пакета, согласованной с общим временем отправителя, плюсь задержка в буфере проигрывания для декодирования, смешивания и обработки.

Когда время захвата и проигрывания известно, получатель может вычислить относительную задержку между захватом данных и их проигрыванием для каждого потока. Если данные захвачены во время TS по общему времени отправителя и выводятся в момент времени TR по часам получателя, то разница между ними D = TR – TS даст величину задержки между захватом изображения и его выводом. Из-за того, что часы отправителя и получателя не синхронизированы, это значение включает в себя неизвестное смещение между ними, но его можно игнорировать, так как оно одинаково для всех синхронизируемых потоков, а нас интересует только относительное смещение между потоками.

После вычисления этой задержки как для потока звука, так и для потока изображения можно вычислить собственно задержку синхронизации потоков D = Daudio – Dvideo. Если это значение получится равным нулю, то потоки синхронизированы. В противном случае оно дает смещение между потоками в секундах.

Для опережающего потока данных задержка синхронизации умножается на номинальную скорость потока данных для преобразования значения в формат метки времени данных и затем используется как значение постоянного смещения во всех вычислениях времени.

Пользователь в соответствии со своими приоритетами может выбирать, по какому потоку проводить синхронизацию. Для большинства кодеков кодирование и декодирование видео является доминирующим фактором, но звук более чувствителен к происходящим изменениям.

Задержку синхронизации необходимо пересчитывать при изменении задержки проигрывания любого из потоков. Это также необходимо при изменении соотношения между общим временем и временем потока.

Точность синхронизации

Может возникнуть вопрос, каким значением задержки между потоками можно пренебречь? Ответ на этот вопрос зависит от ряда факторов, в том числе от того, что синхронизируется и с какой целью. Например, синхронизация звука и изображения может быть достаточно нестрогой и изменяться в зависимости от качества видео и скорости фреймов, в то время как синхронизация звуковых потоков должна быть очень точной.

При синхронизации звука и изображения считается достаточной точность в несколько десятков миллисекунд. Эксперименты с проведением видеоконференций дают граничное значение порядка 80…100 мс, превышение которого не следует допускать. При повышении качества передаваемого изображения этот порог уменьшается.

3.5. Управление мультимедийной сети связи

Одной из основополагающих моделей в сфере управления сетями телекоммуникаций является модель Сети Управления Телекоммуникациями

(Telecommunication Management Network, TMN), подробно описанная в рекомендациях ITU-T серии М.3000-М.3100. Основные положения модели.

Согласно определению ITU-T, TMN представляет собой отдельную сеть, которая имеет интерфейсы с одной или большим числом сетей связи в нескольких точках, обменивается с этими сетями информацией и управляет их функционированием. Отделение TMN от сетей связи реализуется на физическом или логическом уровне. В последнем случае TMN может частично использовать инфраструктуру управляемой сети. В спецификациях TMN управляемые ресурсы имеют общее название «сетевые элементы» (Network Element, NE). Функции управления возложены на системы поддержки операций (Operations Support System, OSS).

TMN можно описать, используя три архитектуры, каждая из которых выражает свой аспект управления сетями телекоммуникации.

Первая из трех архитектур - функциональная - описывает распределение функциональных возможностей в сети TMN в терминах так называемых функциональных блоков. Каждый блок представляет собой группу управляющих функций, определенных для сетевых ресурсов конкретного типа.

В архитектуре TMN предусмотрены пять типов функциональных блоков:

- функции сетевых элементов (Network Element Functions, NEF): базовые телекоммуникационные функции, которые обеспечивают обмен данными между пользователем и сетью связи (в спецификациях TMN не конкретизируются), и функции управления, позволяющие сетевому элементу выступать в роли агента;

- функции систем поддержки операций (Operation Support System Functions, OSSF) обеспечивают инициацию процедур администрирования, прием уведомлений о событиях, обработку служебной информации в целях мониторинга и координации различных функций сети связи, в том числе задач управления, выполняемых самой TMN. В управляющей модели «менеджер - агент» они соответствуют роли менеджера;

- функции рабочей станции (Workstation Functions, WSF) отвечают за представление управляющей информации в виде, удобном для потребителей, в частности для пользователей сети;

- функции Q-адаптера (Q-Adapter Functions, QAF) позволяют связывать с TMN сетевые ресурсы, которые с функциональной точки зрения эквивалентны сетевым элементам, но не поддерживают стандартные стыковочные интерфейсы TMN;

- посреднические функции (Mediation Functions, MF): обмен информацией между блоками NEF (или QAF) и OSSF. Один блок MF способен соединить систему поддержки операций с несколькими сетевыми элементами или Q-адаптерами. Кроме того, сами блоки MF могут объединяться в каскады. Среди блоков данного класса стоит специально отметить те, которые расширяют функциональность OSSF (например, обеспечивая хранение и фильтрацию управляющей информации) и NEF (в частности, преобразуя такую информацию из локального представления в стандартное).

Физической архитектурой TMN предусмотрены шесть типов блоков:

- Сетевой элемент (Network Element, NE) выполняет функции NEF. Он также может выполнять и любой набор из других блоков функций.

- Посредническое устройство (Mediation Device, MD) является промежуточным звеном между интерфейсами, соответствующими информационной модели системы поддержки операций, и локальными интерфейсами TMN. Также оно может выполнять функции Q- адаптера, часть функций OSS и рабочей станции.

- Q-адаптер (Q-adapter, QA) осуществляет функции посредника на границе сети TMN при ее стыковке с управляемой сетью или другими системами управления. В отличие от MD, Q-адаптер не используется для стыковки внутри TMN.

- Система поддержки операций (Operations Support System, OSS) отвечает за функции группы OSSF. Также может выполнять посреднические функции (MF), стыковочные (QAF) и функции рабочей станции (WSF).

- Рабочая станция (Workstation, WS).

- Сеть передачи данных (Data Network, DN).

Информационная архитектура определяет алгоритмы передачи управляющей информации между функциональными блоками TMN, которые унаследовали у Модели Взаимодействия Открытых Систем (Open System Interconnection, OSI) два важнейших элемента: объектную ориентацию и архитектуру «менеджер - агент».

Предусмотренное в TMN разделение функциональности распределенных управляющих приложений на менеджера и агента практически без изменений повторяет принцип, который широко используется в системах администрирования, поддерживающих стандарт OSI. Функциональный блок TMN одновременно может выступать в роли менеджера по отношению к одному управляющему компоненту (management

entity) и в качестве агента - по отношению к другому.

Объектная ориентация информационной архитектуры TMN выражается в том, что телекоммуникационные ресурсы представляются в виде классов управляемых объектов, которые могут создаваться и изменяться с использованием интерфейсов TMN. Граничный интерфейс объекта обязан поддерживать набор услуг, разрешенных операций, ответных сообщений и уведомлений, связанных с характеристиками данного объекта. Набор объектов, который может использоваться для управления произвольной сетью связи, получил название универсальной сетевой информационной модели (Generic Network Information Model, GNIM).

Информационная модель TMN допускает отсутствие между телекоммуникационными ресурсами и управляемыми объектами взаимно однозначного соответствия, представление одного ресурса несколькими объектами, введение дополнительных объектов (так называемых объектов поддержки) для отображения логических ресурсов, а также вложение управляемых объектов друг в друга. Помимо функциональной, физической и информационной архитектур, концепция TMN предлагает и другой принцип распределения функциональных компонентов и процедур, относящихся к управлению сетями связи. Тот факт, что одни и те же административные функции могут быть реализованы на разных уровнях абстракции, позволяет определить логическую иерархическую архитектуру (Logical Layered Architecture, LLA). Фактически, архитектура LLA (называемая иногда TMN-пирамидой, рис. 3.15.) отражает иерархию ответственности за выполнение административных задач.

Рис. 3.15.. Пирамида TMN

В настоящее время архитектурой LLA предусмотрены пять уровней управления:

- Уровень сетевых элементов (Network Element Layer, NEL) играет роль интерфейса между базой данных со служебной информацией (Management Information Base, MIB), находящейся на отдельном устройстве, и инфраструктурой TMN. К этому уровню относятся Q-адаптеры и собственно сетевые элементы.

- Уровень управления элементами (Element Management Layer, EML) соответствует функциям систем поддержки операций, контролирующим работу групп сетевых элементов. На этом уровне реализуются управляющие функции, которые специфичны для оборудования конкретного производителя, и эта специфика маскируется от вышележащих уровней. Примерами таких функций могут служить: выявление аппаратных ошибок, контроль за энергопотреблением и рабочей температурой, сбор статистических данных, измерение степени использования вычислительных ресурсов, обновление микропрограммных средств. Данный уровень включает в себя посреднические устройства (хотя физически они могут принадлежать и к более высоким уровням).

- Уровень управления сетью (Network Management Layer, NML) формирует представление сети в целом, базируясь на данных об отдельных сетевых элементах, которые передаются системами поддержки операций предыдущего уровня и не привязаны к особенностям продукции той или иной фирмы. Другими словами, на этом уровне осуществляется контроль за взаимодействием сетевых элементов, в частности, формируются маршруты передачи данных между оконечным оборудованием для достижения требуемого качества обслуживания (Quality Of Service, QoS), вносятся изменения в таблицы маршрутизации, отслеживается степень утилизации пропускной способности отдельных каналов, оптимизируется производительность сети и выявляются сбои в ее работе.

- Уровень управления услугами (Service Management Layer, SML) охватывает те аспекты функционирования сети, с которыми непосредственно сталкиваются пользователи (абоненты или другие сервис-провайдеры). В соответствии с общими принципами LLA на этом уровне используются сведения, поступившие с уровня NML, но непосредственное управление маршрутизаторами, коммутаторами, соединениями и т.п. здесь уже невозможно. Вот некоторые функции, относящиеся к управлению услугами: контроль за QoS и выполнением условий соглашений об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA), управление регистрационными записями и подписчиками услуг, добавление или удаление пользователей, присвоение адресов, биллинг, взаимодействие с управляющими системами других провайдеров и организаций.

- Уровень бизнес-управления (Business Management Layer, BML) рассматривает сеть связи с позиций общих бизнес-целей компании-оператора. Он относится к стратегическому и тактическому управлению, а не к оперативному, как остальные уровни LLA. Здесь речь идет о проектировании сети и планировании ее развития с учетом бизнес-задач, о составлении бюджетов, организации внешних контактов и пр. Таким образом, уровни LLA задают функциональную иерархию процедур управления сетью без физической сегментации административного программного обеспечения. Причина появления этой иерархии - в необходимости логического отделения функций управления отдельными сетевыми элементами от функций, относящихся к их группам и сетевым соединениям. Понятно, что приближение административных процедур к тем ресурсам, на которые направлено их воздействие, повышает эффективность управления.

В условиях современной конвергенции и интеллектуализации сетей связи возникла необходимость пересмотреть подходы к управлению. Рассмотрим основные причины этой необходимости.

Особенностью Сетей связи Нового Поколения (Next Generation Networks, NGN), с точки зрения управления является то, что эти сети состоят из большого числа разнотипных компонентов. Система управления должна представлять собой набор решений, обеспечивающих управление сетями, реализованными на базе различных технологий, предоставляющих различные услуги и построенных на оборудовании различных производителей. Систему управления NGN целесообразно строить с использованием объектно-ориентированной распределенной структуры. Объектная ориентированность заключается в представлении системы в виде совокупности объектов, каждый из которых имеет свои свойства (атрибуты) и операции, которые может выполнять. Данная технология используется в анализе, проектировании и программировании сложных систем.

При разработке системы управления необходимо придерживаться концепции открытой модульной архитектуры, позволяющей разрабатывать и внедрять новые модули, работать с существующими приложениями и легко модернизировать уже работающие модули системы.

Проблема управления сетью

Одной из главных проблем при организации системы управления сетью является то, что операторы часто используют оборудование различных поставщиков. Обычно каждый из них предлагает достаточно мощную и многофункциональную систему управления только своим оборудованием. С другой стороны, существуют платформы сетевого управления, построенные на принципах взаимодействия открытых систем, такие, как HP OpenView (Hewlett-Packard), NetView (IBM) или SunNet Manager, которые позволяют управлять широким спектром различного оборудования, но являются лишь основой для сетевого управления. Эти платформы сетевого администрирования обеспечивают доступ с одной консоли к приложениям управления различных поставщиков.

Готовых решений для реализации конкретной системы управления не существует - даже с учетом разработанных стандартов для систем управления, таких, как общий протокол управляющей информации (Common Management Information Protocol, CMIP) и простой протокол сетевого управления (Simple Network Management Protocol, SNMP). Нельзя дать гарантии, что реализованная некоторой компанией система управления сетью будет полностью соответствовать требованиям заказчика. Скорее всего, ее придется дорабатывать с учетом особенностей сети нового заказчика.

Очень важно квалифицированно выбрать платформу управления сетью (ПУС), т.е. комплекс программ для поддержки решения всех поставленных задач. Если сеть оператора содержит оборудование различных производителей, то ПУС должна обеспечить высокоэффективное управление как сетью с коммутацией каналов (PSTN), так и сетью с коммутацией пакетов (IP/MPLS, ATM, Frame Relay, SDH, X.25 и др.).

Платформа управления сетью должна быть приспособлена для решения следующих задач:

— конфигурирования удаленных узлов, модулей, портов, каналов с помощью графического интерфейса;

— управления требуемым количеством мультиплексоров и каналов пользователей;

— создания соединений любой конфигурации: «точка-точка», «точка- группа», «группа-группа»;

— организации контроля состояния сети в режиме реального времени;

— отображения синхронизации сети;

— отображения использования сетевых ресурсов;

— проведения диагностики для локализации и устранения неисправностей;

— просмотра состояния сети в одном из контекстов: объектно-ориентированном и логически ориентированном.

Объектно-ориентированный просмотр позволяет осуществлять представление физических компонентов сети, таких, как мультиплексоры, модули, порты, устройства доступа, каналы. Коммуникационные узлы могут быть объединены в группы или подсети по любому принципу группирования, выбранному оператором сети для удобства работы.

Логически ориентированный просмотр дает возможность показать путь, по которому организованы соединения «точка-точка» высокоскоростных (тракты LSP в доменах IP/MPLS, каналы Frame Relay, виртуальные тракты и виртуальные каналы ATM) и низкоскоростных наложенных сетей.

Платформа управления сетью должна предоставлять:

— средства для организации технического обслуживания элементов сети и взаимодействия технических, расчетных и маркетинговых служб компании;

— широкий спектр возможностей для операторов и администраторов, управляющих конфигурацией оборудования и наблюдающих за состоянием сети.

Основой стабильной работы телекоммуникационной сети является распределение оперативной, статистической и другой информации между всеми службами, обеспечение тесного взаимодействия всех подразделений компании.

Платформа управления сетью должна содержать программные средства, обеспечивающие решение следующих задач при возникновении отказов или перегрузок в сети:

— распределение и сортировку в режиме реального времени аварийных сообщений по группам оборудования коммутационных узлов, линий связи, интерфейсов и абонентских окончаний;

— получение одновременно с аварийными сообщениями подробной информации, необходимой для оперативного решения возникающих проблем;

— регистрацию информации о результатах предпринятых действий, о причине неисправности, а также фамилии оператора или инженера аварийной службы, занимавшегося данной проблемой;

— сбор, накопление и считывание статистической информации о количестве и продолжительности отказов и сбоев по каждому сетевому элементу, в том числе узлу, модулю, порту или каналу, по которому пользователь передает информацию.

Эта информация должна использоваться для анализа работоспособности сети и взаиморасчетов с клиентами.

Планирование и организация процессов управления сетью (Рекомендации Е.412, Е.413). Состояние телекоммуникационной сети изменяется во времени вследствие следующих причин:

— изменения трафика, создаваемого пользователями;

— повреждений оборудования;

— аварий;

— плановых перерывов в работе служб.

Планирование дней большой нагрузки. Среди событий, которые могут вызвать большую нагрузку, можно указать следующие:

— всеобщие праздники - Новый год, Навруз;

— религиозные праздники, приходящиеся не на одни и те же дни каждого года, чемпионаты мира или континента по популярным видам спорта;

— национальные праздники;

— непериодические события, такие, как торговые ярмарки, официальные визиты государственных деятелей, международные конференции и совещания.

При составлении планов для дней большой нагрузки следует предусматривать следующие меры:

— ввод в действие дополнительных каналов;

— перевод направлений с двусторонним занятием каналов на одностороннее занятие;

— корректировку плана направлений связи, предусматривающего маршрутизацию трафика через обычно неиспользуемые транзитные узлы;

— предотвращение перегрузки обычных транзитных узлов;

— оповещение пользователей о трудностях, которые могут возникнуть в периоды большой нагрузки;

— обоснование критериев, применяемых при разработке плана.

Ситуации повреждения оборудования. При составлении планов предупреждения повреждений, если таковые удается составить исходя из опыта наблюдения за объектами сети, необходимо включать:

— предварительные меры, принимаемые в условиях, когда точно еще не определены масштабы повреждения;

— последующие меры, принимаемые после выяснения причин и масштабов повреждения;

— оценку создавшихся условий работы сети.

В планы реагирования на повреждения в сети должны быть включены следующие меры:

— идентификация пунктов назначения или других объектов, которых могло коснуться повреждение;

— временное направление трафика по обходному пути, используемому для обхода поврежденных или временно выключенных с целью профилактики участков сети;

— специальные инструкции для пользователей;

— критерии выполнения плана (перечень условий, в которых используется данный план).

Аварии. Предусмотреть аварии проблематично, но желательно умение предвидеть с определенной точностью их последствия. В планы реагирования на аварийные ситуации должны входить:

— списки уведомлений заинтересованных администраций, собственных сетевых служб и пользователей;

— перечни действий, которые должны быть предприняты в аварийных условиях;

— меры, связанные с увеличением штата персонала и продолжительности рабочего времени.

Плановые перерывы в работе служб. Во время предусмотренных перерывов в работе участков сети, узлов и станций необходимо применять следующие меры:

— процедуры контроля, требуемые другими администрациями;

— процедуры установления срочных вызовов, предназначенных для заинтересованных операторов.

Организация управления сетью (Рекомендация Е.413). Организация управления сетью должна включать:

— планирование и организацию взаимодействия служб для управления сетью;

— ввод в действие и выдачу команд управления сетью;

— развитие системы управления сетью.

Отображение информации о состоянии сети на мониторе рабочей станции. Информация о качестве услуг, предоставляемых сетью, должна оперативно отражаться на мониторе рабочей станции (WS) уровня управления услугами (рис.3.16). Каждому показателю качества услуги должен быть сопоставлен определенный порог. Если ни один из показателей качества услуг не достигает порога, то на мониторе отображается «NORM». В противном случае отображается «ALARM». Тревожная ситуация может возникать в условиях:

— перегрузки в более чем Р направлений связи (Overload), %;

— отказов оборудования (Failure).

Рис. 3.16. Пример отображения состояния сети на мониторе рабочей станции

Задачи управления сетью

В Рекомендациях ITU-T, относящихся к TMN, вся совокупность функций разделена на группы управления (табл. 3.3):

— бизнесом;

— конфигурацией сети;

— устранением последствий отказов;

— качеством;

— защитой информации;

— взаиморасчетами.

Табл. 3.3. Задачи управления сетью

Под управлением бизнесом понимают:

— определение и достижение системных целей оператора сети;

— взаимодействие с системами управления операторов других сетей (зоны, континента, мира);

— разработку регламентирующих документов, определяющих методы и средства сетевого управления.

Под управлением конфигурацией (Configuration management, СМ) понимают:

— создание и сопровождение плана нумерации сети;

— формирование и развитие сети;

— реконфигурацию сети и отдельных ее элементов;

— планирование услуг и работ, связанных с развитием;

— создание и ведение сетевых баз данных.

Эти задачи заключаются в конфигурировании параметров сети и управляемых элементов. Для шлюзов, маршрутизаторов, мультиплексоров и других элементов с помощью этой группы задач определяются сетевые адреса, идентификаторы (имена), географическое положение, отображаются связи между элементами сети и изменения этих связей в процессе эксплуатации, образование новых логических или физических каналов, изменение таблиц коммутации и маршрутизации.

Под управлением устранением последствий отказов (Fault Management, FM) понимают:

— обнаружение, локализация и устранение неисправностей;

— контроль состояния всех значимых элементов сети в реальном времени;

— оперативную реконфигурацию (перестроение) сети;

— устранение неисправностей;

— управление процедурами восстановления отказавшего оборудования связи;

— регистрацию, фильтрацию и отображение сообщений об отказах;

— ведение журналов неисправностей;

— корреляционный анализ сообщений на основе используемой модели сети и ее элементов;

— своевременное оповещение пользователей о регламентных и аварийных работах в сети.

Эта группа задач включает выявление, определение и устранение последствий сбоев и отказов в работе сети. На этом уровне выполняется не только регистрация сообщений об ошибках, но и их фильтрация, маршрутизация и анализ на основе некоторой корреляционной модели. Фильтрация позволяет выделить из интенсивного потока сообщений об ошибках только наиболее важные сообщения. Маршрутизация обеспечивает их доставку нужному элементу, а корреляционный анализ позволяет найти причину, породившую поток взаимосвязанных сообщений (например, обрыв кабеля может быть причиной большого количества сообщений о недоступности сетей и серверов). Устранение ошибок может быть, как автоматическим, так и полуавтоматическим.

Под управлением качеством предоставления услуг (Performance Management, РМ) понимают:

— управление трафиком;

— повышение качества услуг и расширение их ассортимента;

— разработку, заключение и контроль исполнения соглашений об уровне качества предоставляемых услуг (SLA);

— сбор и анализ статистических данных о функционировании сетей и их элементов (учет эффективности использования сетевых ресурсов и контроль надежности работы сети и ее элементов);

— разработку рекомендаций для улучшения эксплуатационных характеристик сетей телекоммуникации, улучшения и расширения ассортимента предоставления услуг связи;

— анализ функционирования систем управления и контроля с целью совершенствования методов управления сетями связи;

— анализ действенности системы управления качеством услуг (после ее создания) и ее совершенствование.

Задачи этой группы связаны с оценкой на основе накопленной статистической информации таких параметров, как время реакции системы, пропускная способность физического или виртуального канала связи, интенсивность трафика в отдельных сегментах и каналах сети вероятность искажения данных при их передаче через сеть, а также коэффициент готовности сети. Функция контроля эффективности использования сетевых ресурсов, надежности сети и ее элементов необходима как для оперативного управления сетью, так и для планирования развития сети.

Под управлением взаиморасчетами (Accounting Management, AM) понимают:

— сбор данных о предоставляемых услугах;

— разработку и совершенствование тарифов за предоставляемые средства связи и услуги;

— учет объема и номенклатуры предоставленных услуг и расчета их стоимости;

— учет сумм платежей за оказанные услуги;

— справочно-информационное обслуживание абонентов по вопросам объема и номенклатуры оказанных услуг и их оплаты;

— регистрацию и учет абонентов, имеющих договоры с операторами связи на оказание услуг в любой законной форме;

— контроль оплаты за предоставленные услуги;

— формирование статистической отчетности и аналитической информации о предоставленных услугах, об оплате за услуги, о финансовом состоянии лицевых счетов абонентов для оперативного и обоснованного принятия решении;

— проведение взаиморасчетов с клиентами (выписка счетов, прием оплаты за услуги).

В задачи этой группы включены регистрация времени использования различных ресурсов сети (устройств, каналов и транспортных служб) и начисление платежей за эти ресурсы.

Под управлением защитой информации (Security Management, SM) понимают:

— разработку мер для обеспечения закрытости пользовательской и собственной технологической информации;

— классификацию уровня безопасности сети и защиту БД от несанкционированного доступа;

— соблюдение конфиденциальности при предоставлении данных;

— защиту целостности и сохранности данных;

— контроль авторизации пользователей;

— поддержку различных уровней доступа к услугам связи;

— составление отчетов о попытках несанкционированного доступа к услугам связи;

— поддержку различных классов авторизации для персонала.

В задачи этой группы входят контроль доступа к ресурсам сети (данным и оборудованию) и сохранение целостности данных при их хранении и передаче через сеть. Базовыми элементами управления безопасностью являются:

— процедуры аутентификации пользователей;

— назначение и проверка прав доступа к ресурсам сети;

— распределение и поддержка ключей шифрования, управления полномочиями и т. п.

Необходимо отметить, что каждый оператор связи распределение этих функций по уровням пирамиды TMN решает самостоятельно. Все эти функции реализуются в СУ в виде конкретных программноаппаратных средств. Объем и перечень этих функций оговаривается оператором при заказе проекта.

В комплекс задач управления сетью входят:

в предпусковой период:

— планирование структуры и ресурсов сети;

— создание баз данных;

— установка оборудования;

в процессе эксплуатации:

— административное управление ресурсами;

— управление трафиком;

— восстановление потерянных связей между элементами сети;

— контроль качества услуг;

— управление расчетами с пользователями;

— модернизация сети;

— прогнозирование трафика.

Для решения задач автоматизированного управления сетью необходим интенсивный обмен данными между системой управления (СУ) и объектами управления - элементами сети (NE). Интеллектуальные функции системы управления сетью реализуются комплексом компьютеров с мощной операционной системой (например, UNIX), обеспечивающей разделение вычислительных ресурсов для одновременно функционирующих прикладных процессов, и прикладным программным обеспечением, реализующим решение специфических задач управления.

В качестве платформы для системы управления могут быть исполь-зованы MSEM (Italtel), ALMA 1360 (Alcatel), C&NMS (Siemens), HP Open View Network Node Manager (Hewlett-Packard) и др. (рис. 3.17).

Информационный обмен между СУ и сетями и их элементами (NE) должен быть обеспечен транспортной сетью с технологией IP/MPLS и сигнальной сетью ОКС №7. К характеристикам этих сетей предъявляются жесткие требования (высокая скорость передачи данных, малая вероятность потери сообщений, малая вероятность искажения информации, высокая степень живучести).

Рабочая станция (PC) - это компьютер, который оснащен средствами интерпретации информации администратора для СУ и сообщений СУ для администратора. Рабочая станция реализует функции человеко- машинного интерфейса, основанного на командах, меню и окнах, и должна обеспечивать пользователя средствами ввода-вывода, редактирования, чтобы можно было получить доступ к данным об объектах управления и модифицировать эти данные.

Рис. 3.17. Система управления NGN

Требования к транспортной сети, являющейся телекоммуникационной инфраструктурой между СУ и объектами управления, должны соответствовать Рекомендациям М.3010, Q.811, Q.812.

В настоящее время операторы телекоммуникационных сетей применяют стандарты Интернета на основе простого протокола управления сетью SNMP (Simple Network Management Protocol). Рассмотрим концепцию управления сетью на основе протокола SNMP.

В системах управления Интернетом и корпоративными сетями стандартизованы следующие элементы:

— протокол взаимодействия администратора и агента;

— язык абстрактной синтаксической нотации ASN.1, описывающий сообщения SNMP и модели базы данных управления (БДУ, Management Information Base, MIB);

— модели БДУ (MIB-I, MIB-II, RMON, RMON 2).

Известно, что агенты SNMP встраиваются в маршрутизаторы компьютерных сетей, коммутаторы широкополосных сетей с технологией ATM, мультиплексоры SDH, аналоговые и цифровые модемы и другие управляемые объекты. Протокол SNMP применяется для запроса данных о состоянии элементов сети (производительности, статусе и других характеристиках), хранящихся в их базах данных управления (БДУ). Чем проще структура БДУ, тем проще функции протокола SNMP. Структура БДУ, наборы и имена объектов, операции над объектами определяются соответствующим стандартом. БДУ имеет древовидную структуру.

Принципы управления трафиком в ядре транспортной сети следующего поколения

Сетевой трафик может быть классифицирован по нескольким признакам:

— по видам услуг и приложений Интернета (HTTP, FTP, Telnet и т.д.);

— по видам источников;

— по адресу получателя;

— по группе пользователей;

— по группе услуг Интернета;

— по ресурсам Интернета (например, по специфическим URL);

— по направлениям (входящие или исходящие);

— по критериям управления полосой пропускания.

Возможности управления трафиком в сетях с технологией MPLS

Управление трафиком в сетях с технологией IP/MPLS предполагает наличие следующих функциональных средств и возможностей:

— набор атрибутов, которые связаны с объединенными потоками передаваемых пакетов;

— набор атрибутов, которые связаны с ресурсами (топологические ограничения);

— маршрутизация на основе ограничений, которая применяется при выборе маршрута в соответствии с заданными наборами параметров. Все вышеприведенные атрибуты в совокупности представляют собой набор управляющих переменных, которые могут быть модифицированы в результате действий администратора или автоматически.

При функционировании сети необходимо, чтобы данные атрибуты можно было изменять динамически, в реальном времени.

4. Моделирование мультимедийной сети связи

4.1. Моделирование процесса передачи мультимедийного трафика по IP-сети

Мультисервисные сети будут способны обеспечивать доступ в реальном масштабе времени значительного числа абонентов к различным мультимедийным услугам, таким как IP-телефония, вещание аудио- и видеопрограмм, телевидение по требованию. Быстрый рост производительности коммуникационного оборудования позволяет использовать протокол TCP/IP для передачи мультимедийных данных в этих сетях в реальном масштабе времени.

Качество предоставления мультимедийных услуг чувствительно к задержке передачи данных и ее дисперсии между информационным сервером, предоставляющим услугу, и абонентом. Рассматриваемая ниже модель для оценки параметров качества облуживания QoS (Quality of Service) при передаче видеотрафика по установленному транспортному соединению в локальной IP-сети. Эта модель базируется на методе аналитического моделирования телекоммуникационных сетей замкнутыми, неоднородными сетями обслуживания большой размерности. Она позволяет:

1) с более высоким уровнем адекватности отобразить наиболее существенные стороны функционирования ТС;

2) оценить широкий набор вероятностно-временных характеристик (ВВХ) ТС, в том числе и параметры QoS исследуемых транспортных соединений.

Рассмотрим процесс передачи видеопрограмм по локальной IP- сети. Коммутационная среда сети (рис. 4.1) организована на базе активного коммутатора, например, Catalyst 3512XL (или Catalyst 3524XL или Catalyst 3548XL) фирмы CISCO, который является наиболее приемлемыми для подключения к сети обычного жилого пятиэтажного дома. Каждая рабочая станция абонента, организованная на базе персонального компьютера, подключена к коммутатору через порт Fast Ethernet в соответствии со стандартом IEEE.802.3u. Максимальная скорость передачи данных через такой порт достигает 100 Мбит/с. Информационный сервер подключен к коммутатору через порт Gigabit Ethernet в соответствии со стандартом IEEE.802.3z. Максимальная скорость передачи данных через такой порт составляет 1000 Мбит/с.

Предположим, что абоненты сети используют информационный сервер для приема с него заказанных видеопрограмм. С этой целью они устанавливают соединение с сервером, после идентификации и проверки бюджета сервером выбирают интересующие их видеопрограммы, и начинают их просмотр на своих рабочих станциях в реальном масштабе времени. Пусть в некоторый момент времени одновременно NA абонентов установили с сервером транспортное ТСР-соединение и ведут просмотр выбранных программ.

Для оценки параметров качества предоставления такого сервиса в сети с такой топологией разработана модель, которая учитывает следующие классы параметров представленной на рисунке сети:

1) параметры информационной нагрузки;

2) технические параметры;

3) программные параметры.

Параметры информационной нагрузки. Транслируемый абоненту видеопоток кодируется в цифровом виде в соответствии со стандартом MPEG. В соответствии с этим стандартом цифровой видеопоток с частотой регенерации изображения в 25 или 30 кадров в секунду состоит из последовательности /W/Z-групп видеокадров (GOP - group of pictures). Каждая группа имеет фиксированную длину и структуру.

В составе каждой группы выделяются видеокадры (VOP – Video Object Plane) трех типов:

- 1-кадр (опорный);

- Р-кадр (предсказанный);

- В-кадр (двунаправленный).

Рис. 4.1. Структура телекоммуникационной системы для предоставления сервиса видео по запросу

Каждая группа видеопотока начинается с единственного в ней l-кадра. Параметр М видеопотока определяет общее число кадров в группе, а параметр Z - интервал между Р-кадрами. Параметры информационной нагрузки, которые учитываются в модели, приведены в табл. 4.1.

Табл. 4.1. Параметры видеотрафика поступающего на рабочую станцию i – пользователя

Табл. 4.2. Технические параметры телекоммуникационной среды

Табл. 4.3. Программные параметры сети

К техническим параметрам сети относятся следующие: состав и структура используемой телекоммуникационной среды, параметры используемых линий связи (длина, пропускная способность, а также вероятность ошибки на бит (BER)), производительность используемых средств вычислительной техники (информационного сервера и рабочих станций), производительность используемого коммутационного оборудования (производительность коммутационной матрицы и объем буферной памяти коммутатора). Перечень технических параметров сети приведен в табл. 4.2.

Для организации цифрового вещания выбранной видеопрограммы между клиентом на рабочей станции абонента и сервером цифрового видеовещания устанавливается TCP-соединение. Видеокадры вкладываются в ТСР-сегменты и в виде IP-пакетов передаются по сети до рабочей станции. При передаче эти IP-пакеты претерпевают случайные задержки, они могут быть неправильно приняты или потеряны. Все это вызывает повторную передачу соответствующих TCP-сегментов и, следовательно, дополнительную задержку видеокадров, а также их переупорядочивание.

К программным параметрам относятся следующие: используемые протоколы передачи данных различных уровней, максимальные размеры пакетов различных типов протокола TCP/IP, размеры служебной информации, содержащейся в этих пакетах, размеры окон в процедурах управления TCP-соединениями, длительности тайм-аутов этих транспортных соединений. Перечень программных параметров сети приведен в табл. 4.3.

Значения информационных параметров соответствуют статистике типичных цифровых видеопотоков. Основные алгоритмы функционирования, описанной выше локальной сети, а также значения основных технических и программных параметров были взяты из описания соответствующих стандартов и технических характеристик коммуникационного оборудования.

Основные задачи математического моделирования мультисервисных сетей.

Как современные цифровые системы связи, так и будущие мультисервисные сети являются сложными и большими техническими системами, процесс функционирования которых имеет стохастический характер. Их процессы функционирования реализуются сложными алгоритмами, которые зачастую являются эвристическими. Мультисервисные сети будут состоять из большого количества разнотипных компонентов, распределенных на большой территории. Эти компоненты имеют сложную структуру и алгоритмы взаимодействия, и они функционируют при наличии ненадежных элементов, в условиях реальных помех, а также пассивного и активного противодействия, в том числе и информационного.

На этапах разработки и проектирования мультисервисной сети, в условиях ее реального функционирования и развития, в соответствии с требованиями обеспечения качества обслуживания и надежности, живучести и информационной безопасности, возникает задача оценивания широкого класса вероятностно-временных характеристик. Это вызывает необходимость разработки соответствующего математического аппарата для анализа таких сложных систем, создания системы мониторинга мультисервисной сети и управления сетью в реальном масштабе времени. Необходимость управления может возникнуть в результате развития и возникновения различных нештатных ситуаций в процессе функционирования сети. К таким нештатным ситуациям относятся: перегрузка сети в целом, перегрузка ее отдельных компонентов или сегментов, выход из строя отдельных компонентов сети из строя, преднамеренное нарушение нормального процесса функционирования сети. Независимо от типа нештатной ситуации, с точки зрения поведения сложной системы, какой является информационная сеть, ее последствия заключаются в полном или частичном отказе функционирования компонент сети, снижении ее производительности в целом и отдельных компонент, нарушении связности сети, а также в ухудшении качества обслуживания некоторой части абонентов, и в искажении или уничтожении информации, предоставляемой им. Эти компоненты могут быть как аппаратными (временный вывод из строя маршрутизатора или сервера), так и программными (неверное функционирование программы пакетирования сообщений или направление трафика неверному адресату). Эти ситуации могут привести, например, к появлению хаотического трафика на сети. Отметим, что, с точки зрения моделирования аппаратные и программные компоненты равнозначны. И те, и другие - суть средства, предназначенные для обработки и пересылки информации. Таким образом, поскольку все эти перечисленные ситуации приводят к ненадежному функционированию как различных компонент в отдельности, так и всех информационных сетей в целом, мы приходим к необходимости их всестороннего и тщательного математического анализа и моделирования на этапах проектирования, разработки, эксплуатации и модернизации.

Основными факторами, влияющими на информацию, на основе которой будут приниматься решения, являются следующие:

1. Распределенный характер функционирования мультисервисных сетей.

2. Многочисленность телекоммуникационных технологий, применяемых в мультисервисных сетях.

3. Конечная производительность мультисервисных сетей как в целом, так и ее компонентов в отдельности.

4. Ненадежность отдельных компонентов мультисервисных сетей.

5. Недостаточная информационная безопасность мультисервисных сетей.

6. Изменяющаяся во времени топология мультисервисных сетей.

7. Случайная, нестационарная и разнородная информационная нагрузка на мультисервисные сети.

8. Разнообразие типов нештатных ситуаций в мультисервисных сетях.

4.2. Математические методы моделирования мультимедийных сетей связи

Задачи анализа и проектирования мультисервисных сетей требуют разработки специализированных программных средств и использования специальных технологий их моделирования. Технология (рис. 4.2.) использования инструментальных средств математического моделирования включает в себя следующие этапы:

- анализ исследуемой системы и формулирование целей ее моделирования;

- построение концептуальной модели (КМ), описывающей необходимый набор параметров исследуемой системы;

- построение программной модели (ПМ) исследуемой системы, которое заключается в отображении объектов концептуальной модели на множество объектов программной модели;

- проведение эксперимента с программной моделью (выполнение ее программного кода);

- анализ и интерпретация результатов экспериментов с моделями;

- принятие проектных и управленческих решений.

Рис. 4.2. Общая схема математического моделирования мультисервисных сетей

Построение концептуальной и программной моделей исследуемой системы заключается в выборе соответствующего множества объектов (модельных и программных) и установлении между ними структуры связей, соответствующей структуре связей элементов исследуемой системы.

В системе математического моделирования мультисервисных сетей ее математическая модель описывается в рамках некоторой выбранной концептуальной модели. Концептуальная модель – математический объект, описывающий множество входных параметров моделируемой системы, ее алгоритмы функционирования, а также цели моделирования - множество исследуемых параметров моделируемой системы. Концептуальной модели ставится в соответствие программная модель (некоторая структура объектов используемого языка моделирования, которая реализует концептуальную модель в виде программы). Выполнение на компьютере разработанной программной модели определяется как модельный эксперимент с моделью. Модельный эксперимент обеспечивает вычисление оценок исследуемых параметров моделируемой системы с заданной точностью. Сложность задач анализа мультисервисных сетей, уровень развития методов математического моделирования сложных систем, уровень производительности вычислительной техники и уровень развития программных средств моделирования вызывают потребность в использовании методов гибридного моделирования. Суть этих методов заключается в применении для решения таких задач анализа разнородных математических моделей. Актуальность использования гибридных моделей подтверждается еще тем, что все множество исследуемых параметров мультисервисных сетей в одном классе математических моделей описать адекватно практически невозможно, тем более получить численные оценки.

Основные концепции построения системы математического моделирования мультисервисных сетей.

Одной из основных тенденций развития теории и программных средств математического моделирования (имитационного, аналитического и гибридного) сложных и больших информационных систем, определяемой опытом их практического моделирования, является системная поддержка методов гибридного моделирования. Необходимость использования гибридных моделей определяется расширением класса задач моделирования информационных систем, а также увеличением их размерности. Под гибридной моделью, в отличие от имитационных или аналитических моделей, понимается не одна модель исследуемого объекта, а некоторая структура ее моделей. Для описания, разработки и реализации гибридного моделирования необходимо создать соответствующий формальный аппарат, позволяющий описать данные модели.

В системе математического моделирования предполагается, что задача моделирования исследуемой системы описывается концептуальной моделью, которая в общем случае является гибридной. Концептуальная модель исследуемой системы представляется комплексом моделей сх, который является структурированным компонентом типа С, предназначенным для описания сформулированной задачи моделирования, а также метода ее решения.

4.3.Метод имитационного моделирования

Имитационное моделирование является признанным инструментом исследования информационных сетей (ИС). Тому имеется несколько причин. Главной из них является невозможность с достаточной степенью точности математически описать объект во всей полноте, т.е. и структуру, и сложные алгоритмы функционирования, и поэтому сложные и нестационарные динамические процессы. Математическими средствами, как правило, удается решать частные задачи. Аналитическому моделированию с помощью марковских процессов и моделей массового обслуживания хорошо поддаются отдельные узлы и каналы сети, в то время как моделирование сети в целом аналитически бывает весьма затруднено, особенно, при нерегулярных структурах и неоднородном оборудовании. Особенно трудно осуществляется аналитическое моделирование отказов в сетях, предусматривающих различные режимы перераспределения потоков и восстановления оборудования. Также вызывает значительные затруднения оценивание временных и надежностных характеристик алгоритмически сложных распределенных протоколов методом аналитического моделирования. Решение этих и ряда других задач является возможным и эффективным методом имитационного моделирования. Математическим объектом, который лежит в основе метода имитационного моделирования задержек и производительности в телекоммуникационных сетях вообще, и мультисервисных сетях в частности, являются дискретные динамические системы.

5. Конвергентные сети связи

В настоящее время при построении мультисервисных сетей используются технологии IP/ATM, IP/MPLS, IP/Gigabit Ethernet. Основное преимущество технологии IP/MPLS перед IP/ATM в долгосрочной перспективе состоит в более высокой степени масштабирования (scalability, extensibility) - расширяемости, возможности функционального наращивания системы путем добавления новых элементов или замены устаревших на более совершенные без изменения архитектуры. Таким свойством должна обладать прежде всего транспортная сеть. Предпочтительная область применения технологии IP/MPLS - ядро транспортной сети.

Масштабируемость означает также экономичную поддержку большого количества пользовательских потоков. Экономичность подразумевает возможность передачи через магистраль многочисленных потоков без слежения за каждым из них, а совокупно за множеством (путем агрегирования). Агрегирование потоков реализуется как в технологии ATM, так и MPLS: в ATM - это агрегирование отдельных виртуальных соединений (VCC) в общий виртуальный путь VPC, а в MPLS - агрегирование разных пользовательских потоков в общий класс доставки (Forwarding Equivalence Class, FEC) и передача их по общему пути (Label Switching Path, LSP). При этом механизмы агрегирования в технологии MPLS более гибки и поддаются автоматизации.

Если коммутатор ATM пользуется только таблицей коммутации второго уровня с идентификаторами виртуального канала (VCI) и тракта (VPI), то маршрутизатор MPLS, коммутирующий при помощи меток (Label Switched Router, LSR), имеет доступ к информации того же второго уровня, третьего (IP-адрес), четвертого (порты TCP/UDP), а часто - и прикладного. Поэтому администратор может не конфигурировать отображение соединений виртуальных каналов (VCC) на соединения виртуальных трактов (VPC) вручную, а написать несколько правил агрегирования с учетом разных признаков трафика, в том числе и высокоуровневого, и предоставить дальнейшую работу LSR. Еще одним отличительным свойством MPLS, повышающим ее масштабируемость, является неограниченное число уровней иерархии меток и, соответственно, агрегирования путей - вместо двух уровней (VPC/VCC) в технологии ATM.

Технологии ATM и MPLS выполняют в современных транспортных сетях одни и те же функции: создание виртуальных соединений на канальном уровне. Создание виртуальных соединений обеспечивает:

— дифференцированное обслуживание различных типов пользовательских потоков данных (поддержка соглашения об уровне качества услуг доставки информации - Service Level Agreement, SLA);

— оптимальное использование ресурсов на основе рационального выбора маршрутов следования потоков данных через сеть (при помощи методов управления трафиком - Traffic Engineering, ТЕ).

В технологии ATM имеется несколько ограничителей, из-за которых ее масштабируемость не может выходить за определенные рамки. Самым принципиальным ограничителем является фиксированный и очень небольшой размер ячейки - 53 байта, 48 из которых переносят информационные данные. Малый размер ячейки был выбран с целью создания предсказуемых условий переноса через магистральную сеть, чувствительной к задержкам речевой информации, со скоростью 155 Мбит/с (скорость 155 Мбит/с была наиболее распространенной в сетях ATM в начале 90-х годов XX века). За прошедшие 15 лет масштабы скоростей транспортных сетей изменились, в настоящее время технологии доставки информации работают уже со скоростью 10 Гбит/с (10 Gigabit Ethernet, 10GE) и более.

Затраты вычислительной мощности любого пакетного коммуникационного устройства, независимо от поддерживаемой им технологии, пропорциональны количеству обрабатываемых пакетов (кадров, ячеек), а не их размеру. Поэтому производительность коммутатора ATM должна быть примерно в 100 раз больше, чем производительность маршрутизатора IP, работающего с пакетами размером 4500-5500 октетов. При этом величина задержки при доставке на физическом уровне вследствие различий размера ячеек и пакетов не превышает наносекундных величин и не ощущается пользователями сети.

Преимущество ATM — тонкая и разнообразная поддержка дифференцированного обслуживания потоков разных типов, которая всегда рассматривалась как наиболее сильная сторона ATM. Действительно, разработчики технологии всесторонне проанализировали все типы существующих потоков данных, разделили их на классы, для каждого создали отдельную службу (CBR, rtVBR, nrtVBR, ABR и UBR), призванную наилучшим образом поддерживать доставку соответствующего вида информации.

При этом узлы сети ATM обеспечивают контроль параметров качества доставки информации по способу «из конца в конец» для каждого отдельного виртуалыого соединения, обеспечивая высокую степень структурирования соглашений пользователя с администрацией сети.

Неспособность сети с технологией MPLS поддерживать качество доставки информации подобным образом очень многие специалисты считают ее слабостью и главной причиной сохранения технологии ATM в магистральных сетях. Безусловно, проблемы с поддержкой качества доставки информации в сетях с технологией IP/MPLS существуют, но дело не в том, что MPLS не может поддерживать качество доставки информации пользователя на таком -же уровне, что и ATM. Сегодня еще отсутствуют стандарты ITU-T и других международных органов, устанавливающих для MPLS способы поддержки качества доставки информации в соответствии с особой ролью. Этой технологии, предназначенной для ядра (core) сети, а не для ее периферии.

Нужно отметить, что поддержка качества доставки информации вообще не встроена жестко в MPLS (если не считать зарезервированных трех битов поля Ехр в заголовке, которые используются для переноса признака приоритетности кадра). Подобное упрощение сделано сознательно, чтобы предоставить изготовителям и сетевым интеграторам свободу действий и возможность применять те из имеющихся механизмов поддержки качества доставки информации, которые наилучшим образом отвечают потребностям операторов сетей связи. Сегодня таким рекомендуемым механизмом является дифференцированное обслуживание (DiffServ), он разработав для сетей IP и ориентирован на работу с несколькими агрегированными классами сетевого трафика, а не с отдельными пользовательскими соединениями, как в ATM. Именно такая технология подходит для работы в ядре транспортной сети.

В начале XXI века Наметилась тенденция применения связки технологий IP/MPLS в магистральной сети. При этом технология ATM может использоваться в сети доступа. Большинство операторов связи экономически развитых стран мира поддерживают такое решение, считая сочетание «АТМ в сети Доступа и IP/MPLS в ядре транспортной сети» рациональным и стратегически верным. Технология ATM обладает преимуществами в случа_е использования приложений, которым нужна гарантированная полоса Пропускания, например для приложений реального времени.

В Узбекистане технология ATM не применяется в сети доступа из-за высокой стоимости программно-аппаратных средств.

При взаимодействии сети доступа с магистральной сетью на втором протокольном уровне цифровые потоки, генерируемые объектами первого или второго уровней, инкапсулируются непосредственно в кадры или ячейки второго уровня, что, соответственно, уменьшает накладные расходы.

Для доставки потока кадров второго уровня через магистраль используются таблицы отображения адресов второго уровня на пути, коммутируемого с помощью меток (LSP). При этом адрес кадра второго уровня не отбрасывается, а запоминается и помещается в поле внутренней метки заголовка MPLS, т.е. используется свойство MPLS, состоящее в поддержке иерархических путей за счет иерархии меток в заголовке кадра. При выходе кадра или ячейки из магистрали IP/MPLS эта адресная информация восстанавливается и данные доставляются к узлу назначения в соответствии с технологией, используемой в сети доступа.

Таким образом реализуется туннелирование потока кадров второго уровня, при котором в качестве туннелей используются пути (LSP), созданные в магистральной сети. Если в сети доступа применяется технология ATM, то виртуальное соединение не заканчивается на входном устройстве магистрали, а прозрачным образом проходит через туннель MPLS и продолжается при выходе из магистрали в сети доступа к узлу назначения.

Описанные схемы взаимодействия ATM и MPLS дополняют друг друга. Применяя их вместе, оператор получает возможность доставлять через магистраль IP/MPLS как потоки IP-пакетов, так и потоки данных с другими форматами.

Одним из достоинств технологии MPLS по сравнению с ATM является ее способность использовать практически любой формат кадров существующих технологий второго уровня - ATM, Frame Relay, РРР, Ethernet или иной. Поэтому технология MPLS имеет несколько разновидностей (A-MPLS, F-MPLS, P-MPLS и Е-MPLS), использующих ячейки ATM, кадры Frame Relay, РРР или Ethernet соответственно.

Такая протокольная независимость MPLS обеспечивает высокую степень гибкости и масштабируемости (возможности модификации характеристик без замены оборудования), необходимые в транспортной сети.

После изучения характера трафика мультимедиа и накопления опыта использования технологии MPLS оператор может начать перевод потоков, отнесенных к другим классам, на пути, коммутируемые с помощью меток (LSP), в том числе и потоков данных, чувствительных к задержке, доставка которых обеспечивается сегодня с помощью служб CBR и rt-VBR ATM.

На рис. 5.1 приведены стеки протоколов профиля взаимосвязи 1Р/ MPLS и ATM. Для обеспечения доступа к ресурсам Интернета (интернета) пользователь может применять одну из разновидностей протокола второго уровня LLC и MAC подключенной ЛВС.

Пограничный маршрутизатор LERI (Label Edge Router) домена MPLS присваивает кадрам протокола LLC метку и направляет поток помеченных кадров по пути LSP (Label Switched Path), выбранному с помощью протоколов маршрутизации (например, OSPF) и распределения меток LDP (Label Distribution Protocol). Путь LSP проходит через сетевые объекты: LERI, LSR1, коммутатор сети с технологией ATM, LSR2, LER2.

Рис. 5.1. Профиль взаимосвязи IP/MPLS и ATM

Рис. 5.2. Схема сети с технологиями IP/MPLS и ATM

Схема сети с технологиями IP/MPLS и ATM приведена на рис. 5.2.

Коммутатор ATM использует собственные метки (VPI, VCI) для присвоения их пакетам IP в интерфейсах «LSR1 - коммутатор АТМ» и «LSR2 — коммутатор АТМ». Пакеты потока от терминала ТЕ А к терминалу ТЕ В проходят в пределах домена MPLS по пути LSP. В объектах домена MPLS (в коммутирующих маршрутизаторах LER, LSR и коммутаторах ATM) пакеты коммутируются с помощью меток LI, L2, L3, L4, L5. В качестве меток L2, L3, L4 используются идентификаторы виртуальных трактов VPI, применяемые в технологии ATM

Вопрос о том, нужно ли в ядре сети следующего поколения использовать режим с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов, решен почти однозначно. В ядре сети будет использоваться режим с коммутацией пакетов по следующим причинам:

— во-первых, интенсивность трафика данных, который по своей природе является пакетным, будет больше интенсивности трафика телефонии;

— во-вторых, сети с коммутацией каналов неэффективно используют имеющиеся ресурсы, занимая канал связи на все время с момента установления соединения и до его полного разъединения (даже в том случае, когда пользователь не передает информацию).

Более того, это будет сеть с коммутацией пакетов, основанная на стеке протоколов TCP/IP. Успех стека TCP/IP объясняется его способностью согласования почти с любой из базовых коммуникационных технологий (РРР, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, ATM, IP/MPLS, SDH).

Наличие на рынке огромного количества программ и приложений, использующих протоколы TCP/IP, также способствует предпочтению TCP/IP другим сетевым протоколам. Наконец, использование TCP/IP в Интернете, самой быстро развивающейся компьютерной сети нашего времени, позволяет предположить с большой степенью уверенности, что в сети следующего поколения будет использовать стек TCP/IP.

Технология Gigabit Ethernet. За долгие годы использования в корпоративных и частных сетях технология Ethernet по экономическим показателям превзошла практически все остальные технологии широкополосного доступа. Стандарт 10 Gigabit Ethernet (10GE), ориентированный на использование в сетях общего пользования, позволяет повысить экономичность сетей.

Сегодня стоимость оборудования, использующего связку IP/Ethernet, составляет примерно десятую часть стоимости оборудования IP/ATM или IP/SDH.

В 10GE применяется та же технология, что и в GE, Fast Ethernet, сохранены протокол многостанционного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) и формат кадра, но в качестве среды передачи используется BOJIC. Эта технология доставки информации используется при построении магистралей корпоративных мультисервисных сетей и транспортных сетей NGN. Преимущество 10GE по сравнению с АТМ состоит в том, что объемы IP-пакетов и кадров Ethernet соизмеримы, поэтому не требуются преобразование пакетов в кадры (ячейки ATM) и обратное преобразование при доставке информации в транспортной сети.

Важнейшая проблема состоит в том, как обеспечить требуемое качество доставки информации всех известных служб, базирующихся как на коммутации каналов, так и на коммутации пакетов.

Чтобы предоставлять пользователям любые виды услуг, имеющихся у оператора, необходимо создать распределенную систему, в которой функции организации и предоставления интеллектуальных услуг были бы отделены от функций управления транспортом и коммутацией. Этот принцип использован при построении интеллектуальных сетей, вернее - интеллектуальных надстроек над телекоммуникационными сетями.

В сети следующего поколения делается попытка полностью отделить функции создания и управления предоставлением услуг и приложений от функций управления вызовом и ресурсами коммутации, а также создания стандартизированных интерфейсов между уровнями, выполняющими эти функции.

В свою очередь, конкуренция, которая возникнет на рынке предоставления услуг, призвана способствовать снижению цен, уменьшению срока ввода новых и повышению разнообразия предлагаемых услуг.

Рис. 5.3. Уровневая архитектура сети следующего поколения

Средства обработки вызовами контроля будут сконцентрированы в одном месте, а средства коммутации и транспорта могут быть распределены по всей территории сети. Более того, увеличение объема ресурсов тех объектов, которые реализуют эти две функции, будет обеспечиваться независимо друг от друга.

5.1.Глобальная информационная инфраструктура

Современный этап развития мировой цивилизации характеризуется переходом от индустриалъного общества к информационному. Такой переход предполагает наличие новых форм социальной и экономической деятельности, базирующихся на массовом использовании информационных и телекоммуникационных технологий.

Технологической основой информационного общества является Глобальная информационная инфраструктура (Global Information Infrastructure, GII), которая должна обеспечить возможность доступа к информационным ресурсам каждого жителя планеты без дискриминации. Информационную инфраструктуру составляет совокупность баз данных, средств обработки информации, взаимодействующих сетей связи и терминалов пользователя.

Концептуально GII включает следующие основные элементы:

— источники и получатели информации (люди, базы данных, управляемые объекты и т.п.);

— собственно информация (речь, текст, графика, видео) и устройства преобразования этой информации;

— информационные устройства для хранения, поиска, сжатия, обработки, преобразования данных и организации доступа к источникам информации (сетевые узлы - серверы, шлюзы, базы данных, терминалы PC, TV, FAX, телефонные аппараты и т.п.);

— коммуникационная инфраструктура, обеспечивающая перенос информации между удаленными объектами (источниками и получателями информации).

Для осуществления данной концепции эволюция архитектуры сетей претерпела существенные изменения (конвергенция ТфОП - IP - NGN).

Доступ к информационным ресурсам GII реализуется посредством услуг связи нового типа, получивших название услуг информационного общества или инфокоммуникационных услуг. Инфокоммуникационной услугой называется услуга телекоммуникации, предполагающая автоматизированную обработку, хранение или предоставление информации по запросу с использованием средств вычислительной техники как на входящем, так и на исходящем конце соединения.

Наблюдаемые в настоящее время высокие темпы роста объемов предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнозировать их преобладание на сетях связи в ближайшем будущем.

На сегодняшний день развитие инфокоммуникационных услуг осуществляется в основном в рамках Интернета, доступ к услугам которого обеспечивается через традиционные сети связи. В то же время в ряде случаев услуги Интернета, ввиду ограниченных возможностей ее транспортной инфраструктуры, не отвечают современным требованиям, предъявляемым к услугам информационного общества. В связи с этим развитие инфокоммуникационных услуг требует решения задач эффективного управлении информационными ресурсами с одновременным расширением функциональности сетей связи. В свою очередь это стимулирует процесс интеграции Интернет и традиционных сетей связи.

К инфокоммуникационным услугам предъявляются требования:

— мобильности;

— возможности гибкого и быстрого создания новых услуг;

— гарантии качества.

Большое влияние на требования, предъявляемые к инфокоммуникационным услугам, оказывает процесс конвергенции, приводящий к тому, что эти услуги становятся доступными пользователям вне зависимости от способов доступа.

Принимая во внимание особенности инфокоммуникационных услуг, могут быть определены следующие требования к перспективным сетям связи:

— мулътисервисность - свойство независимости технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

— широкополосностъ - возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;

— мулътимедийность - способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио) с необходимой син-

хронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

— интеллектуальность - возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;

— инвариантность доступа - возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;

— многооператорность - возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности.

В рекомендации ITU-T Y.100 приводятся данные о взаимовлиянии телекоммуникационных технологий. В процессе анализа свойств, которыми должна характеризоваться глобальная информационная инфраструктура, были учтены характеристики всех существующих телекоммуникационных технологий и видов служб и услуг.

Стандарты глобальной информационной инфраструктуры должны обеспечить возможность взаимодействия и взаимосвязи как с ориентацией на соединение (Connection-oriented, СО), так и без ориентации на соединение (Connectionless Oriented, CL) между большим разнообразием приложений и различных платформ как на основе программных средств, так и аппаратных.

Телекоммуникационные сети (PSTN, DSN, ISDN, MN, IN, CN, OSN), использующие разные технологии (SC, PS, ATM, MPLS, SDH, WDM и др.), в настоящее время обеспечивают передачу данных и речи с высоким качеством и взаимодействуют друг с другом.

Сети с протоколами TCP/IP создают платформу, которая позволяет пользователям, связанным с различными сетевыми инфраструктурами, иметь общий набор приложений и обмениваться потоками данных, качество доставки которых не гарантируется. Стек протоколов TCP/IP совершенствуется (например, IPv6) с целью поддержки приложений речи, видео, мультимедиа повышенного качества. Эти тенденции конвергенции сетевых технологий приведены на рис. 5.4. Наметившиеся тенденции конвергенции включают:

— технологии с коммутацией пакетов, ранее не ориентированные на установление соединений (Connectionless operation), например использующие протокол IP, совершенствуются с целью повышения качества доставки информации (Guaranteed bearer services) благодаря предварительному установлению виртуальных соединений (Connection-oriented);

— узлы сетей с коммутацией каналов (PSTN и ISDN) будут обмениваться информацией через транспортные сети нового поколения с коммутацией пакетов (IP/MPLS), что приведет к понижению качества доставки информации (Unguaranteed bearer service), чувствительной к задержке, джиттеру (jitter) и потерям пакетов;

— сети с технологией ATM, обеспечивающие доставку информации любых приложений с высоким качеством (Guaranteed bearer service), предоставляют услуги доставки как с ориентацией на соединение, так и без ориентации на соединение (например, LANE ATM).

Рис. 5.4. Направление развития сетей (конвергенция технологий):

CO (Connection-oriented operation) - доставка в режиме «с установлением соединения»;

CL (Connectionless operation) – доставка в режиме «без установления соединения»;

- направления развития технологий

Глобальная информационная инфраструктура претендует на создание такой телекоммуникационной инфраструктуры, которая смогла бы объединить в себе все возможные виды информации (речь, данные, мультимедиа) и удовлетворяла бы требованиям каждого из них к качеству обслуживания (Quality of Service, QoS).

На рис. 5.5 приведен пример конфигурации инфраструктурных ролей в GII. Под инфраструктурной ролью понимают поддержку услуги с помощью набора ресурсов многократного использования.

Структурная роль приложений GII определена деловой деятельностью пользователей, которая является частью процесса производства. Поэтому приложения также разрабатываются с учетом деловой деятельности или «виртуального взаимодействия» между конечными пользователями. Как правило, приложение составлено из действий и отношений между действиями.

Рис. 5.5. Пример конфигурации инфраструктурных ролей в GII:

DBMS - система управления базами данных;

HTML - язык разметки гипертекстов;

JPEG - стандарт сжатия изображений;

GW - шлюз;

MPEG - стандарт сжатия видео;

FRS - автоматический выбор маршрутизатора

5.2. Структура услуг связи и приложений. Если услуга предоставляется между юридическими лицами, взявшими на себя также ответственность различных участников рынка услуг, то обслуживание будет предлагаться в контексте контракта и должно содержать достаточный набор параметров, чтобы гарантировать, что контракт может быть выполнен и проверен.

Рис. 5.6. Услуги и приложения, предоставляемые и поддерживаемые GI:

TBN – Terristrial Broadcast Network – наземная сеть радиовещания;

DBSN – Direct Broadcast Satellite Network – спутниковая сеть радиовещания.

Пользователи могут заказать непосредственно услуги GII или использовать собственные приложения, для поддержки которых нужны услуги GII. Кроме того, компоненты приложений пользователя могут быть предоставлены и поддержаны GII. Услуги и приложения, предоставляемые GII, создаются в форме сервисных и прикладных компонентов.

Глобальная информационная архитектура объединяет следующие ресурсы (рис. 5.6):

— инфраструктурные;

— сетевые (network resources);

— обработки и хранения информации (processing and storage resources);

— телекоммуникационного программного обеспечения (middleware resources).

В конвергентной GII различие между услугами и приложениями важно потому, что оно соответствует двум различным коммерческим схемам (бизнес-схемам). Это отличие отражает также тот факт, что операторы телекоммуникационных сетей традиционно предлагали услуги, в то время как информационные технологии (ИТ) традиционно предлагали приложения. Под термином «конвергентная GII» понимают информационную инфраструктуру, в которой интегрируются различные типы трафика на единой технологической платформе и предоставляются разнообразные услуги и приложения.

Типичными приложениями, используемыми GII, являются:

— дистанционное обучение/электронные библиотеки;

— телемедицина;

— распределенная обработка информации;

— электронная торговля;

— электронная публикация;

— игры.

6. IMS — мультимедийная IP-ориентированная подсистема связи

Несмотря на постоянно растущую сложность телекоммуникационных устройств и систем, протоколов и приложений, работы в направлении создания универсальной сетевой инфраструктуры продолжаются, проходя последовательно этапы узкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания (сетей ISDN), широкополосных сетей ISDN (В- ISDN), сетей следующего поколения (ССП). Наконец, создание концепции IMS — мультимедийной IP-ориентированной подсистемы связи, — по мнению разработчиков оборудования, операторов и организаций стандартизации, открывает путь к построению такой универсальной сетевой инфраструктуры.

6.1. Ключевые факторы перехода к IMS

Концепция IP Multimedia Subsystem (IMS) описывает новую сетевую архитектуру, основным элементом которой является пакетная транспортная сеть, поддерживающая все технологии доступа и обеспечивающая реализацию большого числа инфокоммуникационных услуг. Ее авторство принадлежит международному партнерству Third Generation Partnership Project (3GPP), объединившему European Telecommunications Standartization Institute (ETSI) и несколько национальных организаций стандартизации.

IMS изначально разрабатывалась применительно к построению мобильных сетей 3-го поколения на базе протокола IP. В дальнейшем концепция была принята Комитетом ETSI-TISPAN, усилия которого были направлены на спецификацию протоколов и интерфейсов, необходимых для поддержки и реализации широкого спектра услуг в стационарных сетях с использованием стека протоколов IP.

В настоящее время архитектура IMS рассматривается многими операторами и сервис-провайдерами, а также поставщиками оборудования как возможное решение для построения сетей следующего поколения и как основа конвергенции мобильных и стационарных сетей на платформе IP.

По существу концепция IMS возникла в результате эволюции сетей UMTS, когда область управления мультимедийными вызовами и сеансами на базе протокола SIP добавили к архитектуре сетей 3G. Среди основных свойств архитектуры IMS можно выделить следующие:

— многоуровневость — разделяет уровни транспорта, управления и приложений;

— независимость от среды доступа — позволяет операторам и сервис- провайдерам конвергировать фиксированные и мобильные сети;

— поддержка мультимедийного персонального обмена информацией в реальном времени (например голос, видео-телефония) и аналогичного обмена информацией между людьми и компьютерами (например игры);

— полная интеграция мультимедийных приложений реального и нереального времени (например потоковые приложения и чаты);

— возможность взаимодействия различных видов услуг;

— возможность поддержки нескольких служб в одном сеансе или организации нескольких одновременных синхронизированных сеансов.

6.2. Стандартизация IMS

Стандартизация архитектуры IMS является задачей международных организаций, благодаря ключевой роли IMS в эволюции сетей в направлении к ССП. Концепция IMS в ее настоящем виде является, главным образом, результатом работ трех международных организаций по стандартизации - 3GPP, 3GPP2 и ETSI.

Партнерство 3GPP было создано в конце 1998 г. по инициативе института ETS1 с целью разработки технических спецификаций и стандартов для мобильных сетей связи 3-го поколения (сетей UMTS), базирующихся на развивающихся сетях GSM.

Партнерство 3GPP2 появилось в 1998 г. также по инициативе ETSI и Международного союза электросвязи (МСЭ) для разработки стандартов сетей 3G (сети CDMA-2000) в рамках проекта IMT-2000, созданного под эгидой МСЭ. Оно было образовано практически теми же организациями, что и в случае 3GPP. Основным вкладом организации 3GPP2 в развитие стандартов для мобильных сетей 3G явилось распространение концепции IMS на сети CDMA2000 (1Р-транспорт, SIP-сигнализация), описанное в спецификации под общим названием Multi Media Domain (MMD).

Оба партнерства разрабатывают стандарты сетей 3G, ориентируясь на широкое применение IP-ориентированных протоколов, стандартизованных Комитетом IETF, и используя основные идеи архитектуры сетей ССП.

Впервые концепция IMS была представлена в документе 3GPP Release 5 (март 2002 г.). В нем была сформулирована основная ее цель — поддержка мультимедийных услуг в мобильных сетях на базе протокола IP - и специфицированы механизмы взаимодействия мобильных сетей 3G на базе архитектуры IMS с беспроводными сетями 2G.

Архитектура сетей 3G в соответствии с концепцией IMS имеет несколько уровней (плоскостей) с разделением по уровням транспорта, управления вызовами и приложений. Подсистема IMS должна быть полностью независима от технологий доступа и обеспечивать взаимодействие со всеми существующими сетями — мобильными и стационарными, телефонными, компьютерными и т. д.

В документе 3GPP Release 6 (декабрь 2003 г.) ряд положений концепции IMS был уточнен, добавлены вопросы взаимодействия с беспроводными локальными сетями и защиты информации (использование ключей, абонентских сертификатов).

В релизах 6 и 7 определена идеология осуществления IP-коммуникаций посредством SIP. В соответствии с ней SIP начинается непосредственно с мобильного терминала.

Спецификация Release 7 добавляет две основные функции, которые являются ключевыми в стационарных сетях:

— Network Attachment, которая обеспечивает механизм аутентификации абонентов и необходима в стационарных сетях, поскольку в них отсутствуют SIM-карты идентификации пользователя;

— Resource Admission, резервирующая сетевые ресурсы в стационарных сетях для обеспечения сеансов связи.

Работы, направленные на расширение концепции IMS на стационарные сети, проводятся Комитетом TISPAN. Интерес к архитектуре IMS со стороны ETSI привел к созданию новой рабочей группы (2003 г.), объединившей известную группу TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks) и Технический комитет SPAN (Services and Protocols for Advanced Networks), который отвечает за стандартизацию стационарных сетей.

Новая группа, получившая название TISPAN (Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking), отвечает за стандартизацию современных и перспективных конвергируемых сетей, включая VoIP и ССП, а также все, что связано с архитектурой IMS.

6.3. Архитектура IMS

Принцип, на котором строится концепция IMS, состоит в том, что доставка любой услуги никаким образом не соотносится с коммуникационной инфраструктурой (за исключением ограничений по пропускной способности). Воплощением этого принципа является многоуровневый подход, используемый при построении IMS. Он позволяет реализовать независимый от технологии доступа открытый механизм доставки услуг, который дает возможность задействовать в сети приложения сторонних поставщиков услуг.

В составе IMS выделяются три уровня: транспортный уровень, уровень управления и уровень услуг (рис. 6.1).

6.3.1. Транспортный уровень

Транспортный уровень отвечает за подключение абонентов к инфраструктуре IMS посредством пользовательского оборудования (User Equipment — UE). В роли данного оборудования могут выступать любой терминал IMS (например телефон (смартфон) 3G, КПК с поддержкой Wi-Fi, или же широкополосный доступ). Также возможно подключение через шлюзы не-IMS терминалов (например терминалы ТфОП).

Рис. 6.1. Архитектура IMS

Основное оборудование транспортной плоскости:

— MRF (Media Resource Function) — медиасервер. Состоит из процессора мультимедийных ресурсов MRFP (Media Resource Function Processor) и контроллера MRFC;

— MRFC обеспечивает реализацию таких услуг, как конференц- связь, оповещения или перекодирование передаваемого сигнала. Предполагалось, что MRFC должен обрабатывать SIP-сообщения, получаемые через узел S-CSCF (Serving Call Session Control Function), и использовать команды протокола управления медиашлюзом (MGCP, Н.248 MEGACO) для управления процессором MRFP. Однако сейчас предпринимаются усилия по продвижению протокола на основе SIP/XML для взаимодействия между MRFC и MRFP. К тому же MRFC обеспечивает предоставление необходимой информации системам тарификации и биллинга;

— MRFP — процессор MRFP распределяет медиаресурсы сети согласно командам от MRFC. Его основными функциями являются:

— обслуживание потоков мультимедийных данных для служб оповещения и т. п.;

— объединение входящих мультимедиапотоков;

— обработка потоков мультимедийных данных, например транскодирование;

— MGW (Media Gate Way) — транспортный шлюз; обеспечивает прямое и обратное преобразование потоков RTP в потоки сетей с коммутацией каналов (ТфОП);

— I-BGF (Interconnect Border Gateway Function) — межсетевой пограничный шлюз; обеспечивает взаимодействие между сетями IPv4 и IPv6. Отвечает за обеспечение функций безопасности (трансляцию адресов и портов NAPT, функции firewall, инструменты QoS).

— GGSN (Gateway GPRS Support Node) - шлюзовой узел GPRS или узел маршрутизации; представляет собой шлюз между сотовой сетью (ее частью —GPRS) и IMS. GGSN содержит всю необходимую информацию о сетях, куда абоненты GPRS могут получать доступ, а также параметры соединения. Основной функцией GGSN является роутинг (маршрутизация) данных, идущих к абоненту и от него через SGSN;

— SGSN (Serving GPRS Support Node) — узел обслуживания абонентов GPRS; основной компонент GPRS-системы по реализации всех функций обработки пакетной информации;

— RAN — Radio Access Network — оборудование радиодоступа; обеспечивает взаимодействие IMS и сотовых систем телекоммуникации;

— PDG (Packet Data Gateway) — пакетный шлюз. Данный сетевой элемент обеспечивает доступ пользовательского оборудования WLAN к IMS. Отвечает за трансляцию удаленного IP-адреса, регистрацию пользовательского оборудования в IMS, обеспечивает выполнение функций безопасности;

— WAG (Wireless Access Gateway) - шлюз беспроводного доступа; обеспечивает соединение сетей WLAN и IMS;

— A-BGF/BAS (Access Border Gateway Function / Broadband Access Switch) — обеспечивает доступ широкополосного пользовательского оборудования к IMS. Выполняет функции, аналогичные I- BGF;

— DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) — цифровой абонентский шлюз доступа — обеспечивает соединение абонентов, использующих широкополосный доступ (стационарный, например xDSL, сети КТВ) к IMS.

6.3.2. Плоскость управления

Уровень управления — это совокупность функций IMS, которые осуществляют все действия по управлению сеансами связи.

Основные элементы:

— CSCF (Call Session Control Function) - элемент с функциями управления вызовами и сеансами. Функция CSCF является основной на плоскости управления IMS-платформы. Модуль CSCF, используя протокол SIP, выполняет функции, обеспечивающие доставку множества услуг реального времени посредством транспорта IP. Функция CSCF использует динамическую информацию для эффективного управления сетевыми ресурсами (граничные устройства, шлюзы и серверы приложений) в зависимости от профиля пользователей и приложений. Модуль CSCF включает три основных функции:

— Serving CSCF (S-CSCF) - обслуживающая CSCF. Обрабатывает все SIP-сообщения, которыми обмениваются оконечные устройства;

— Proxy CSCF (P-CSCF) — через нее в систему IMS поступает весь пользовательский трафик;

— Interrogating CSCF (I-CSCF) — запрашивающая CSCF. Представляет собой точку соединения с домашней сетью. I-CSCF обращается к HSS, чтобы найти S-CSCF для конкретного абонента;

— S-CSCF обеспечивает управление сеансами доставки мультимедийных сообщений транспорта IP, включая регистрацию терминалов, двустороннее взаимодействие с сервером HSS (получение от него пользовательских данных), анализ сообщения, маршрутизацию, управление сетевыми ресурсами (шлюзами, серверами, пограничными устройствами) в зависимости от приложений и профиля пользователя;

— Р-CSCF создает первую контактную точку на сигнальном уровне внутри ядра IMS для терминалов IMS данной сети. Функция Р-CSCF принимает запрос от или к терминалу и маршрутизирует его к элементам ядра IMS. Обслуживаемый терминал пользователя закрепляется за функцией Р-CSCF при регистрации в сети на все время регистрации. Модуль Р-CSCF реализует функции, связанные с аутентификацией пользователя, формирует учетные записи и передает их в сервер начисления платы. Одним из элементов модуля Р-CSCF является Policy Decision Function (PDF) — функция выбора политики, оперирующая с характеристиками информационного трафика (например, требуемая пропускная способность) и определяющая возможность организации сеанса или его запрета, необходимость изменения параметров сеанса и т. д.;

— I-CSCF создает первую контактную точку на сигнальном уровне внутри ядра IMS для всех внешних соединений с абонентами данной сети или визитными абонентами, временно находящимися в сети. Основная задача модуля I-CSCF — идентификация привилегий внешнего абонента по доступу к услугам, выбор соответствующего сервера приложений и обеспечение доступа к нему;

— BGCF (Breakout Gateway Control Function) — функция управления шлюзами, управляет пересылкой вызовов между доменом коммутации каналов (ТфОП или GSM) и сетью IMS. Данный модуль осуществляет маршрутизацию на основе телефонных номеров и выбирает шлюз в домене коммутации каналов (КК), через который сеть IMS (где расположен сервер BGCF) будет взаимодействовать с ТфОП или GSM. Здесь также производится генерация соответствующих учетных записей для начисления платы абонентам сетей КК;

— MGCF (Media Gateways Control Function) — функция управления шлюзами (Media Gateways) — управляет соединениями в транспортных шлюзах IMS, используя H.248/MEGACO;

— SGW (Signaling Gateway) — сигнальный шлюз — обеспечивает преобразование сигнализации ТфОП в вид, понятный MGCF. Связан с ядром IMS через интерфейсы группы протоколов SIG- TRAN;

— RACS (The Resource and Access Control) — подсистема управления ресурсами и доступом — обеспечивает функции управления доступом (на основании имеющихся в распоряжении ресурсов, местной политики и авторизации на основании профилей пользователей) и входа в сеть с помощью управления шлюзом (gate control), включая управление преобразованием сетевых адресов и портов, и присвоение приоритета;

— PDF (Policy Decision Function) — функция выбора политики, оперирующая с характеристиками информационного трафика (например требуемая пропускная способность) и определяющая возможность организации сеанса или его запрета, необходимость изменения параметров сеанса и т. д.;

— NASS (Network Attachment Subsystem) — подсистема подключения сети — в ее основные задачи входит динамическое назначение IP- адресов (используя DHCP — Dynamic Host Configuration Protocol), аутентификация на уровне IP, авторизация доступа к сети, управление местонахождением на уровне IP.

6.3.3. Уровень приложений

Верхний уровень эталонной архитектуры IMS содержит набор серверов приложений, которые, в принципе, не являются элементами IMS. Эти элементы верхней плоскости включают в свой состав как мультимедийные IP-приложения, базирующиеся на протоколе SIP, так и приложения, реализуемые в мобильных сетях на базе виртуальной домашней среды.

Архитектура приложений IMS достаточно сложна, но ключевым моментом здесь является высокая гибкость при создании новых и интеграции с традиционными приложениями. Например, среда пересылки сообщений может интегрировать традиционные свойства телефонного вызова, например обратный вызов и ожидание вызова, с вызовом Интернет. Чтобы сделать это, архитектура IMS позволяет запустить множество услуг и управлять транзакциями между ними.

— SCIM (Service Capability Interaction Manager) — обеспечивает управление взаимодействием плоскости приложений и ядра IMS;

— SIP AS (SIP Application Server) — сервер приложений, служащий для выполнения услуг, базирующихся на протоколе SIP. Ожидается, что все новые услуги в IMS будут находиться именно в сервере SIP AS;

— OSA-SCS (Open Service Access — Service Capability Server) — сервер возможных услуг, который обеспечивает интерфейс к услугам, базирующимся на открытом доступе услугам (OSA — Open Service Access). Целью является обеспечение услугам возможности доступа к сетевым функциям посредством стандартного программного интерфейса приложений;

— IM-SSF (IP Multimedia — Service Switching Function) — сервер коммутации услуги, служит для соединения подсистемы IMS с услугами в системе приспособленных к пользователю приложений для улучшения логики мобильной сети (CAMEL — Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic). Речь идет об услугах, разработанных для глобальной системы мобильной связи GSM, а с помощью функции IM-SSF (функция коммутации услуг) использование данных услуг возможно и в IMS;

— TAS (Telephony Application Server) - сервер телефонных приложений принимает и обрабатывает сообщения протокола SIP, а также определяет, каким образом должен быть инициирован исходящий вызов. Сервисная логика TAS обеспечивает базовые сервисы обработки вызовов, включая анализ цифр, маршрутизацию, установление, ожидание и перенаправление вызовов, конференц-связь и т.д. TAS также обеспечивает сервисную логику

для обращения к медиасерверам при необходимости воспроизведения оповещений и сигналов прохождения вызова. Если вызов инициирован или терминирован в ТфОП, сервер TAS отвечает за сигнализацию SIP к функции MGCF для выдачи команды медиашлюзам на преобразование битов речевого потока TDM (ТфОП) в поток IP RTP и направление его на IP-адрес соответствующего IP-телефона. В одном сообщении IMS могут содержаться данные о нескольких TAS, предоставляющих определенные услуги различным типам абонентских устройств. Например, один сервер TAS оказывает услуги IP Centrex (частные планы нумерации, общие справочники, автоматическое распределение вызовов и т. д.), другой сервер поддерживает УАТС и предоставляет услуги VPN. Взаимодействие нескольких серверов приложений осуществляется посредством сигнализации SIP-I для завершения вызовов между абонентскими устройствами различных классов;

— HSS (Home Subscriber Server) - сервер домашних абонентов - аналогичен элементу сетей GSM - серверу HLR (Ноте Location Register) — является базой пользовательских данных. Сервер HSS обеспечивает открытый доступ в режиме чтения/записи к индивидуальным данным пользователя, связанным с услугами. Доступ осуществляется из различных точек окончания — таких как телефон, приложения Web и SMS, телевизионные приставки типа set-top box и т. д. В HSS реализуется также функции SLF (Subscription Locator Function), которая определяет положение базы данных, содержащей данные конкретного абонента, в ответ на запрос от модуля I-CSCF или от сервера приложений. Наконец, в состав сервера HSS входят модули HLR и АuС (Authentication Center) для работы с сетями 2G.

В среде IMS сервер HSS действует как открытая база данных о каждом пользователе и об услугах, задействованных абонентом: на какие услуги подписан пользователь, активизированы ли эти услуги, какие параметры управления были установлены пользователем.

7. Проектирование телекоммуникационной сети

7.1. Методология проектирования телекоммуникационных сетей

Проектная документация должна содержать следующие разделы:

— объем телекоммуникационного оборудования и линейных сооружений;

— услуги, классы доставки информации для каждой категории пользователей, потребность в полосе пропускания;

— режим работы оборудования;

— номенклатура, площадь и размещение оборудования.

Методика расчета объема телекоммуникационного оборудования и линейных сооружений приведена ниже. Основой расчета является нагрузка, качество обслуживания и доставки информации в сетях с пакетной технологией, перечень предоставляемых услуг.

Количество и емкость шлюзов доступа (AGW) должны быть рассчитаны с учетом состава абонентов, количества заявок и номенклатуры предоставляемых услуг.

Основными показателями качества доставки информации мультимедиа в пакетных сетях являются:

— время установления виртуального соединения;

— средняя задержка доставки информации мультимедиа;

— вероятность потери пакетов.

Время установления соединения — это задержка после набора номера (Call Set-up Time):

— местное соединение - менее 3 с;

— междугородное соединение - менее 5 с;

— международное соединение - менее 8 с.

Значения средней задержки переноса IP-пакетов «из конца в конец» (в одном направлении) и доли потерянных IP-пакетов могут быть взяты из Рекомендации Y.1541.

Обоснование решений при проектировании мультимедийной сети. Проект мультимедийной сети может быть реализован в три этапа.

На этапе 1 оценивается нагрузка, создаваемая разнообразными терминалами при заказе различных услуг. Для оценки нагрузки, которую необходимо обслужить узлам проектируемой сети, необходимо иметь следующие данные:

— количество терминалов;

— типы услуг, заказываемых терминалами;

— удельная нагрузка, создаваемая терминалом при заказе каждой услуги;

— статистические свойства нагрузки, соответствующие каждой услуге;

— суммарную нагрузку по всем видам услуг и терминалов;

— распределение нагрузки по направлениям.

Нагрузка, создаваемая каждым терминалом, может быть оценена на основе имеющихся статистических данных или нормативов.

В мультимедийных сетях используются в основном многофункциональные терминалы, способные поддерживать различные услуги. Поэтому необходимо оценить нагрузку по каждой услуге.

Для распределения нагрузки по направлениям используются методы, основанные на расчете коэффициентов тяготения.

На этапе 2 проектирования мультимедийной сети необходимо:

— выбрать и обосновать применение технологий для реализации транспортной сети;

— выбрать и обосновать топологии построения транспортной сети, включая топологию физического уровня (шина, звезда, кольцо, смешанная и т.п.), логические топологии организации соединений на физическом уровне, а также на вышележащих уровнях с учетом резервирования физических путей, логических каналов и организации альтернативных маршрутов;

— детализировать стеки и профили протоколов трех нижних уровней (оценить необходимость поддержки с помощью того или иного протокола, тип протокола, его положение в стеке) по всем сетевым узлам (узлам доступа, коммутаторам, мультиплексорам, маршрутизаторам, шлюзам), включая служебные протоколы сетевого уровня (ICMP, IGMP, IGRP, RSVP, протоколы маршрутизации);

— детализировать стеки и профили протоколов для конечных терминалов, а также сетевых узлов поддержки услуг (серверов служб web, E-mail, DNS, FTP, billing, SN и т.п.) с учетом протоколов верхних уровней для поддержки служб;

— определить в соответствии с выбранной технологией и типом взаимодействующих сетей типы сетевых интерфейсов, пропускную способность которых необходимо в дальнейшем рассчитать.

На этапе 3 проектирования необходимо выполнить следующие действия:

— рассчитать информационный трафик (в плоскости U) по каждой из услуг, а также общий (суммарный) трафик по всем услугам в точках концентрации, мультиплексирования, других видов агрегирования трафика сетей и узлов доступа (AN);

— рассчитать информационный трафик всех услуг в узлах коммутации и маршрутизации ядра (Core Network, CN) магистральной сети с учетом распределения трафика по направлениям между сетевыми узлами (включая узлы коммутации-маршрутизации и серверы поддержки служб);

— оценить долю избыточного трафика, вносимую служебной частью информационных протоколов, протоколов RTP/UDP/IP/MPLS;

— оценить долю избыточного трафика, вносимую служебными протоколами, необходимыми:

— для управления вызовами (сигнальные протоколы SIP, ISUP, Q.931, PSTN-V5.2, Н.225 и др.);

— управления шлюзами (Н.245, Н.248, MGCP, RAS и др.);

— управления маршрутизацией, биллингом, авторизацией, службой DNS и т.п.;

— выбрать дисциплины обслуживания очередей для различных услуг с соблюдением требуемых для данной услуги показателей качества доставки;

— оценить объемы буферной памяти сетевых узлов и требуемую производительность этих узлов;

— оценить и рассчитать пропускную способность используемых интерфейсов для выбранной топологии сети.

Рассмотрим содержание первого этапа проектирования мультимедийной сети.

— Оценка количества терминалов.

Для оценки количества терминалов используются различные методы:

— маркетинговые исследования (для сетей общего пользования в основу оценок может быть положен рост продаж персональных компьютеров);

— прогнозирование роста терминалов на основе имеющихся данных за предыдущий период (для корпоративных сетей).

Прогнозируемый прирост может быть вычислен с использованием математических методов на базе прикладных программ - Excel, Mathcad, Statistic и т.п.

— Типы услуг, заказываемых терминалами, и их распределение по узлам доступа.

Графически или в табличном виде отобразить распределение терминалов по узлам доступа с указанием типов услуг.

— Удельная нагрузка, создаваемая терминалом при заказе каждой услуги.

Нагрузка, создаваемая каждым терминалом, может быть оценена на основе имеющейся статистики или нормативов.

— Статистические свойства нагрузки, соответствующие каждой услуге.

На рис. 7.1 представлены графики загрузки интерфейса Е1 потоками пакетов с компрессированной речевой информацией по часам суток и дням недели.

Рис. 7.1. Графики загрузки интерфейса Е1 потоками пакетов с компрессированной речевой информацией по часам суток (сверху) и дням недели (снизу)

Из рисунка видно, что соотношение между пиковыми объемами передаваемой информации и средним объемом передаваемой информации является величиной достаточно стабильной, лежащей в диапазоне 2-3. В расчетах можно принять это соотношение равным 2,5. Такое же соотношение между пиковой и средней нагрузками можно наблюдать и для услуг передачи данных.

Нагрузку, создаваемую потоком данных в интерфейсе, можно рассчитать, зная скорость передачи, коэффициент пачечности и коэффициент эффективности использования средств доставки информации в IР-сети.

Для переноса потоков информации из существующих телефонных сетей общего пользования в пакетные мультисервисные сети можно использовать имеющуюся сложившуюся модель распределения трафика в ССОП (сети связи общего пользования).

При расчете нагрузки, создаваемой источниками, которые требуют поддержки служб сетевых серверов (web, E-mail, DNS, FTP, billing, SN и др.), необходимо учитывать размещение этих серверов по точкам подключения к сетевым узлам (CN).

Необходимо соблюдать определенные соотношения между всеми видами трафика, чтобы обеспечить требуемое качество доставки информации для всех служб. Наиболее критичными к задержкам являются те виды информации, которые должны быть доставлены в реальном времени.

Если требуемая пропускная способность для трафика реального времени достигает 30 % от общей пропускной способности интерфейса то качество доставки этого вида информации резко снижается. Поэтому для гарантированного качества доставки информации всех видов на этапе проектирования и начальной эксплуатации сети необходимо соблюдать следующее соотношение между трафиком реального времени/транзакций/данных: 30/30/40.

Для передачи речевой информации по пакетной сети (1Р-телефония) необходимо оценить:

— количество пользователей;

— избыточный трафик для профиля G.7xx/RTP/UDP/IP/MPLS (технологии первичной сети).

Нагрузку, создаваемую речевыми терминалами, можно рассчитать одним из трех способов:

— по значениям удельной нагрузки, в эрлангах;

— по требуемой скорости передачи данных для каждого типа кодека с учетом резервирования полосы пропускания и протокольной избыточности IP-технологии (заголовки протоколов Ethernet + IP + UDP + RTP), Кбит/с;

— по объему передаваемых данных при среднестатистической длительности речевого сеанса Т_s, с, и скорости аудиокодека V, Кбит/с (в течение одного сеанса необходимо передать объем Q = Т_s V Кбит).

Для повышения качества доставки информации, чувствительной к задержке, могут быть использованы как механизмы дифференциации с помощью приоритетов (Diff-Services), так и механизмы резервирования необходимой полосы пропускания канала в интерфейсе (Int-Services) с помощью протоколов RSVP, RAS и др.

При использовании этих двух механизмов в пакетной сети создаются условия для эмуляции канала. Отличием такого эмулированного канала от канала в TDM-телефонии является принципиальная возможность гибкого изменения его полосы пропускания.

В транспортных сетях с технологиями ATM, MPLS или VLAN/Ethernet предусмотрены следующие классы доставки информации:

— CBR (ATM) или EF (IP/MPLS);

— RT-VBR (ATM) или AF1 (IP/MPLS).

Под EF (IP/MPLS) подразумевается класс беспрепятственной (срочной) переадресации (Expedited Forwarding, EF), а под AF1 (IP/MPLS) - класс гарантированной переадресации (Assured Forwarding, AF).

Для класса CBR/EF в пакетной сети резервируется минимально необходимая полоса пропускания. Именно этот класс услуг доставки позволяет эмулировать каналы в сети с коммутацией пакетов для пересылки информации, поступающей из других сетей. При этом для доставки речевой информации создаются наиболее благоприятные условия. Однако этот класс качества соответствует наибольшей избыточности информации, передаваемой через сеть. Например, при использовании аудиокодека G.711 (скорость кодирования 64 Кбит/с) необходимо резервировать полосу пропускания, соответствующую скорости 128 Кбит/с, что в два раза больше, чем для TDM-телефонии. Если использовать более низкоскоростные аудиокодеки (например, G.729 - 8 Кбит/с), то можно значительно уменьшить выделяемую ширину полосы пропускания канала.

Рис. 7.2. Протоколы, обеспечивающие доставку речевой информации в

1Р-сети

7.2. Проектирование сети доступа

На рис. 7.3 приведена модель инфокоммуникационной системы, предложенная Международным союзом электросвязи (МСЭ-Т) в рекомендациях серии Y. Эта модель позволяет однозначно определить место сети доступа в инфокоммуникационной системе.

Примером оборудования в помещении абонента может быть, как обычный телефонный аппарат (квартирный сектор), так и сложный комплекс аппаратно-программных средств - учрежденческая АТС (УАТС), локальная сеть Ethernet и другое оборудование (производственный сектор).

Рис. 7.3. Модель инфокоммуникационной системы, предложенная

ITU-T

В первом случае функции сети доступа может выполнять абонентская линия, представляющая собой двухпроводную физическую цепь. Во втором случае в состав сети доступа (для существующей системы телекоммуникации) должны входить:

— цифровой тракт Е1 (или несколько таких трактов) для подключения УАТС к местной телефонной сети;

— цифровой тракт, поддерживающий стек протоколов TCP/IP, для подключения локальной сети к Интернету;

— арендуемые линии, если они необходимы для подключения того оборудования, которое не использует телефонную сеть или Интернет. Основное назначение сети доступа - обеспечение надежной и высококачественной связи между всеми видами оборудования, установленного в помещении потенциальных клиентов оператора, и соответствующими транзитными сетями. Одна из существенных особенностей сети доступа - длительное использование технологии доставки информации. Сеть доступа является наиболее капиталоемкой, поэтому ни один элемент телефонной системы не пребывал столь долго в состоянии «стагнации», как сеть доступа.

Сложившаяся ситуация объясняется двумя основными причинами:

— до недавнего времени не существовало технических средств, с помощью которых можно было бы строить обычные (узкополосные) сети доступа более экономично;

— физические цепи обеспечивали потребности в информационном обмене (пока он не потребовал более мощных ресурсов, чем канал ТЧ) и поддерживали значительную часть новых услуг.

Рис. 7.4. Схема, иллюстрирующая использование «Протей-МАК»

На рис. 7.4 используются следующие обозначения:

MGCP (Simple Gateway Control Protocol) - простой протокол управления шлюзом, предназначенный для управления концентраторами, взаимодействия с ТфОП и станциями других сетей;

100 Base-T - обозначение спецификации физического уровня Fast Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с (стандарт 802.Зи). В данной технологии в качестве среды передачи используется волоконно-оптический кабель;

Softswitch — программный коммутатор, который специально создавался для обоих типов сетей - ТфОП и IP, в каждой из них это оборудование будет восприниматься по-разному: для работы в ТфОП Softswitch должен выполнять функции пункта сигнализации ОКС № 7 и иметь интерфейсы Для поддержки других систем сигнализации ТфОП (EDSS1, 2ВСК, R2 и Др.); в сети с коммутацией пакетов Softswitch выступает в качестве единого устройства управления транспортными шлюзами (Media Gateway Controller, MGC) и/или контроллера сигнализации (Signaling Controller, SC), диспетчера H.323 и серверов SIP (Signaling Initial Protocol);

SHDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line) - четырехпроводная высокоскоростная цифровая абонентская линия, по которой обеспечивается передача потока со скоростью 2,048 Мбит/с (Е1) с использованием кодирования типа 2B1Q (рекомендация ANSI);

IAD (Integrated Access Device) - интегрированное устройство доступа;

WMA (Wireless Multiple Access) - оборудование беспроводного множественного доступа. Оборудование WMA на стороне концентратора должно подключаться по стандартному тракту Е1 или через абонентские комплекты.

Оборудование МАК позволяет подключать обслуживаемых пользователей к нескольким сетям.

Для поддержки некоторых видов инфокоммуникационных услуг может понадобиться взаимодействие с программным коммутатором Softswitch. Эти функции могут быть реализованы при применении протокола MGCP (Media Gateway Control Protocol), который предназначен для управления медиашлюзом.

Технология физического уровня Fast Ethernet 100Base-T со скоростью 100 Мбит/с используется в локальных сетях ЭВМ. Термин Base указывает на прямую (немодулированную) передачу. Признак Т указывает на использование витой пары (Twisted pair).

7.3. Проектирование транспортной сети

На начальном этапе эволюции инфокоммуникационной системы основную роль играет оборудование с коммутацией каналов. Основные ресурсы общей транспортной сети используются для доставки речевой информации. Оборудование с коммутацией пакетов использует меньшую долю ресурсов общей транспортной сети. Для решения задач коммутации, компрессии и передачи речевой информации из сети с коммутацией каналов в сеть с коммутацией пакетов устанавливаются медиашлюзы.

Часть ресурсов транспортной сети должна использоваться совместно обеими коммутируемыми сетями (с КК и КП). Это позволяет избежать перегрузок в том случае, если ЧНН в обеих сетях не совпадают.

На предпоследнем этапе эволюции инфокоммуникационной системы основную роль играет оборудование с коммутацией пакетов, обеспечивающее доставку мультимедийной информации. Основные ресурсы общей транспортной сети используются для транспортировки мультимедийной информации в режиме коммутации пакетов. Оборудование с коммутацией каналов теперь использует меньшую долю ресурсов общей транспортной сети.

Пропускная способность транспортной сети должна быть большей, что объясняется наличием в мультимедийном трафике видеоинформации. Часть ресурсов транспортной сети продолжает использоваться обеими коммутируемыми сетями совместно.

Среди проблем, с которыми сталкиваются практически все операторы телекоммуникационных сетей, следует подчеркнуть сложность выбора сценария для дальнейшего развития сети доступа. Такое положение обусловлено множеством факторов, но доминантой можно считать сложность прогнозирования спроса на рынке инфокоммуникационных услуг. Поэтому для оператора телекоммуникационной сети большой практический интерес представляют такие системно-сетевые решения, которые с минимальными затратами могут изменяться в зависимости от требований рынка. Этим условиям отвечают аппаратно-программные средства, подобные «Протей-МАК». Они не диктуют оператору выбор технологий и не сдерживают процессы ввода новых видов услуг.

Взаимодействие сетей. Физическая архитектура NGN включает три уровня (платформы), между которым используются стандартные интерфейсы, что позволяет обеспечить масштабируемость, независимость от поставщиков, сохранение инвестиций и много других выгодных для оператора связи свойств.

Физическая архитектура сети нового поколения (рис. 7.5) включает:

— транспортную платформу,

— платформу управления и сигнализации, реализуемую на базе новых программно-аппаратных комплексов;

— платформу серверов, обеспечивающих необходимый набор услуг.

—

Рис. 7.5. Архитектура NGN (Recommendation ITU-T Y.1001)

Транспортная платформа содержит следующие уровни:

- уровень ядра транспортной сети (Core Network, CN), реализуемый на базе технологий мультисервисных транспортных сетей (в настоящее время наиболее проработаны технологии ATM, IP/MPLS/all, IP/ VLAN/Ethernet);

- уровень сетей доступа (Access Network, AN). Наиболее распространенными в настоящее время являются следующие технологии доступа: xDSL, FTTH, Wi-Fi, Wi-Max, PON. Многообразие технологий, используемых в AN, вызвано следующими обстоятельствами:

— многообразием используемых сред передачи (как новых, например оптических, ранее в сетях доступа не использовавшихся, так и старых, например многопарных телефонных кабелей и систем узкополосного беспроводного доступа);

— многообразием типов терминалов (от прежних примитивных, но дешевых телефонных аппаратов до многофункциональных терминалов, поддерживающих предоставление всех услуг).

Платформа управления и сигнализации реализуется на базе новых программно-аппаратных комплексов, за которыми закреплено название Softswitch (гибкая система управления коммутацией).

Рис. 7.6. Схема организации взаимодействия сетей

Платформа серверов обеспечивает необходимый набор услуг.

В настоящее время разработаны универсальные открытые интерфейсы, позволяющие гибко настраивать взаимодействие между этими платформами.

На рис. 7.6 приведена схема организации взаимодействия сетей. Ресурсы для взаимодействия существующих сетей (PSTN и PLMN) предоставляет шлюз MGW. Конвертация протоколов сигнализации в процессе обработки вызовов реализуется шлюзом сигнализации SGW. Для управления шлюзами используется контроллер MGC.

Изначально спецификация Н.323 разрабатывалась в целях поддержки видеоконференций в локальных сетях. Используя межпользовательский или одноранговый (peer-to-peer) протокол, клиенты с интеллектуальными терминалами могли установить соединение с другими клиентами, использующими интеллектуальные терминалы.

Последующие версии Н.323 предусматривали Gatekeeper Routed Model, в соответствии с которой привратник (Gatekeeper) должен был принимать активное участие в установлении всех соединений и предоставлении услуг для каждого вызова. При такой модели Н.323 больше не является одноранговым протоколом. Шлюз берет на себя многие традиционные интеллектуальные функции централизованного предоставления услуг.

Мультисервисная сеть может быть построена с использованием оборудования НТЦ «Протей» (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Схема мультисервисной сети, построенной с помощью оборудования НТЦ «Протей»

Мультисервисный коммутатор доступа «Протей-МКД» представляет собой программно-аппаратный комплекс, предназначенный для предоставления услуг связи в ССОП. На его базе возможно также создание корпоративных сетей и организация связи в офисах. Мультисервисный коммутатор доступа выполняет функции Softswitch в мультисервисной сети связи, т.е. поддерживает обмен речевой и мультимедийной информацией в пакетной сети.

В мультисервисных сетях «Протей-МКД» взаимодействует с транспортной IP-сетью по интерфейсу Ethernet 100 Мбит/с и использует протоколы сигнализации SIP, H.248/MEGACO для взаимодействия с узлами NGN. На рис. 18.8 приведены возможные варианты применения «Протей-МКД».

Рис. 7.8. Варианты применения «Протей-МКД»

На базе одной системы «Протей-МКД» возможна организация телефонной сети емкостью до 25 тысяч номеров. Расширение сети возможно с помощью установки дополнительных модулей обработки вызовов (Call Processing Subsequent, CPS).

Мультисервисный коммутатор доступа «Протей-МКД» может взаимодействовать со следующими видами оборудования:

— с ТфОП/IN по интерфейсам Е1:

— цифровые телефонные станции, УАТС по протоколам E-DSS1, ОКС7, R1.5;

— оборудование доступа по протоколу E-DSS1;

— мультисервисный абонентский концентратор доступа «Протей- МАК»;

— узлы управления услугами (SCP) по протоколу INAP-R;

— с сетями с коммутацией пакетов по интерфейсам Ethernet

100/1000 Мбит/с;

— с Softswitch по протоколам SIP/SIP-T, H.248/MEGACO;

— с оборудованием мультисервисного доступа, в том числе с мультисервисным абонентским концентратором «Протей-МАК» по протоколам SIP/SIP-T, H.248/MEGACO;

— с прокси-серверами и другими узлами SIP-доменов по протоколу SIP;

— с серверами приложений с помощью системы прикладного программирования Parlay API;

— с IP-телефонами, шлюзами IP-телефонии (в том числе со шлюзами 1Р-телефонии «Протей-ITG»).

На рис. 7.9 приведен пример мультисервисной сети доступа, в которой используютcя программно-аппаратные средства фирмы «Протей».

Рис. 7.9. Структурная схема сети доступа для пользователей телефонии, поиска документов, цветного факса, передачи файлов, видеотелефонии и поиска видео.

Список литературы

1. Исаев Р.И., Раджапова Р.Н., Атаметов Р.К. Телекоммуникация узатиш тизимлари (Дарслик). – Т., «Fan va texnologiya», 2011.

2. Исаев Р.И., Каримова У.Н. Метрология, стандартлаштириш ва сертификатлаштириш. – Т., «Fan va texnologiya», 2011, 496, бет.

3. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / Иванов В.Н., Гордиенко В.Н., Поков Г.Н., Исаев Р.И. и др. – М.: Радио и связь, 1995.

4. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том I – Современные технологии /Крук Б.И., Полантононуло В.Н., Шувалов В.Н.; под ред. профессора Шувалова В.П. – Изд. 3-е, испр. и доп. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 647 с.

5. Кох Р., Яновский Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. – М.: Радио связь, 2001. – 208 с.

6. Системы электросвязи: Учеб. для вузов / Катунин Г.П., Крук Б.И., Шувалов В.П. и др. Под ред. Шувалова В.Л. – М.: Радио и связь, 1987. – 512 с.

7. Юнусов Н., Исаев Р., Миразимова Г.Х. Оптик алоқа асослари. Ўзбекистон Республикаси Олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги. – Т.: Чўлпон номидаги NMIU, 2014, 368 бет.

8. Скляров О.К. Волоконно – оптическик сети и системы связи: учебное пособие. 2-ое издание. стер. СПБ.: Изд-во «Лань», 2010, 272 с.

9. Синхронная цифровая иерархия / Пер. с итал.: Под ред. Круга Б.Н. – Новосибирск: Изд-во СибГАТИ, 1998.

10. Варакин Л.Е. Глобальное информационное общество: Критерии развития и социально – экономические аспекты. – М.: МАС, 2001.

11. ITU – T Recommendation 6.803. Architecture of transport networks based on the SDH (06/97).

12. ITU – T Recommendation 1.326. Function architecture of transport networks based on ATM. (11/95).

13. ITU – T Recommendation 6.872. Architecture of optical transport networks. (12/98).

14. Гольдштейн Б.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. Интеллектуальные сети. – М.: Радио и связь, 2000. 500 с.

15. МККТТ. Красная книга. Требования к системе сигнализации № 7. Рекомендации Q.701 – Q.714. VII Пленарная ассамблея. – Малага: Торремолинос, 1984. – Т. VI, вып. VI.7.

16. Росляков А.В. Общеканальная система сигнализации № 7. –М.: Эко – Трендз, 1999. – 176 с.

17. ITU – T Recommendation M. 3000 – Overview of TMN Recommendations.

18. ITU – T Recommendation M. 3010 – Principles for a telecommunication management network (TMN).

19. ITU – T Recommendation M. 3020 – TMN interface specification methodology.

20. ITU – T Recommendation M. 3100 – Generic network information model.

21. ITU – T Recommendation M. 3200 – TMN management service: overview.

22. ITU – T Recommendation M. 3300 – TMN management capabilities presented at the F – interface.

23. ITU – T Recommendation M. 3400 – TMN management functions.

24. Иванов А.Б. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи. Измерения, анализ, тестирование, мониторинг. 4. I. М.: Компания Сайрус Системс. 2001. – 375 с.

25. Засецкий А.В., Иванов А.Б., Постников С.Д., Соколов Н.В. Контроль качества в телекоммуникациях и связи. 4.II/ под ред. А.Б. Иванова. – М.: Компания Сайрус Системс, 2001. – 335 с.