ГЛАВА 3

КОРПОРАТИВНЫЕ МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ СЕТИ

 

3.1. Цели и задачи построения  корпоративной

мультисервисной сети

 

Рано или поздно любая организация, имеющая несколько филиалов, начинает испытывать потребность в построении инфокоммуникационной структуры, способной удовлетворить насущным и будущим требованиям своих пользователей. Организации, чьи филиалы находятся в нескольких городах, нуждаются в объединении локальных сетей филиалов и центрального офиса в единую IP-сеть для предоставления пользователям доступа к ресурсам центральной информационной системы, а также для оперативного документооборота.

            Услуги электросвязи на территории области, края, республики предоставляют основные региональные операторы, которые являются владельцами большей части ТфОП. Операторы связи нуждаются в построении собственной (корпоративной) сети с централизованным управлением для объединения филиалов/подразделений и повышения качества и количества предоставляемых услуг.

Цель построения корпоративной мультисервисной сети оператора связи— повышение качества и количества предоставляемых услуг.

            При построении собственной корпоративной сети оператор решает следующие задачи:

            — объединение филиалов/подразделений в единую высокоскоростную информационную сеть, построенную на единых принципах, с централизованным управлением;

            — обеспечение работоспособности единой комплексной системы расчетов с клиентами за услуги связи;

            — поддержка финансового управления, единой бухгалтерии и документооборота, оперативно-техническое управление сетями с системами связи;

            — подключение отделений электросвязи (телеграфа) к сети Интернет и электронной почте (е-mail);

            — оказание сторонним компаниям и организациям коммерческих услуг по предоставлению доступа к современным информационным технологиям.

            Предоставление услуг другим потребителям будет способствовать окупаемости затрат на собственную корпоративную сеть. К такого рода услугам относятся:

            — предоставление крупным предприятиям и организациям интегрированного доступа к узлам АТС для подключения цифровых учрежденческих УАТС;

            — построение корпоративных сетей территориально распределенных организаций и предприятий с возможностью организации интегрированного доступа к филиалам в городе на территории области, края, республики;

             — обеспечение скоростного доступа в сеть Интернет и к другим сетям передачи данных по каналам Е1, Е3, SТМ-1 и выше.

Корпоративная сеть регионального оператора позволяет организовать системы видеоконференций и видео наблюдений как для собственных нужд, так и для коммерческих пользователей. Возможности корпоративной сети создают предпосылки для расширения сети ISDN. Используя соответствующее оборудование Доступа, можно преодолеть ограничение на расстояние от пользователя до коммутатора ISDN.

            Услуга виртуальной частной сети обеспечивает безопасную и качественную связь в пределах контролируемой группы пользователей по открытой сети. Виртуальные сети на практике применяются для организации глобальной связи между филиалами одной компании, соединения корпоративной сети компании с ее деловыми партнерами и мобильными пользователями. В качестве среды для сознания виртуальных частных сетей могут выступать сети Frame Relay, АТМ, IP, но наиболее популярной средой является сеть Интернет.

            Проектирование корпоративной мультисервисной сети включает следующие процедуры:

            — сбор исходных данных;

            — описание структуры сети;

            — выбор сетевой архитектуры;

            — выбор топологии сети;

            — организация сети доступа;

            — выбор оборудования;

            — построение наложенных систем синхронизации;

            — сигнализации и управления;

            — выбор технологий по обеспечению сервисов;

            — расчет технических и экономических показателей качества функционирования сети.

            Исходными данными для проектирования корпоративной мультисервисной сети являются:

            — численность потребителей инфокоммуникационных услуг;

            — наличие первичной сети;

            — номерные емкости телефонных сетей;

            — число и местоположение объединяемых узлов электросвязи;

            — число ПК и серверов ЛВС центрального и других узлов;

            — свободные ресурсы транспортной сети SDH в виде цифровых потоков Е1;

            — свободные ресурсы транспортной сети в виде свободных оптических во-

локон;

            — спектр услуг (телефонная связь, передача данных по выделенным и комму- тируемым каналам, IP-телефония, сеть Интернет, видеоконференция и др.);

            — информационные системы (биллинговый центр и др.);

            — требования по надежности;

            — требования по синхронизации.

 

         3.2. Услуги для коммерческих пользователей

 

            Оператор мультисервисной сети может предоставлять органам государственного управления, предприятиям и организациям коммерческие услуги канального и сетевого уровней:

            — выделенные линии;

            — услуги по построению виртуальных частных сетей;

            — телефонная связь (телефония, видеотелефония, видеоконференцсвязь);

            — документальная связь (телекс, электронная почта, обмен данными, электронная коммерция);

            — обмен данными (взаимодействие распределенных сетей);

            — передача программ кабельного телевидения и радиовещания;

            — доступ в справочно-информационные системы различного назначения. Мультисервисная сеть может предоставлять цифровые каналы (тракты)

в долговременную аренду и по сеансам органам государственного управления, компаниям кабельного ТВ, офисам банка, средствам массовой информации, учреждениям и фирмам.

Развитие информационной инфраструктуры современного общества вызвало появление такого явления, как виртуальные частные сети (VPN). Последний представляют собой совокупность технологий, обеспечивающих безопасную и качественную связь в пределах контролируемой группы пользователей по открытой сети.

            Коммерческие услуги по предоставлению выделенных линий не являются оптимальным решением. Во-первых, это резко ограничивает возможности резервирования линий связи. Во-вторых, предоставление выделенных линий ведет к неоднородной загрузке сети. Выделенные линии коммерческого использования оказываются перегруженными трафиком, а линии для передачи технологической информации, наоборот, недозагружены. Поэтому компания должна предоставлять услуги не только канального, но и сетевого уровня. Повысить эффективность использования технологических каналов связи можно посредством современных сетевых технологий коммутации пакетов, например АТМ.

            В последние годы начался процесс коренных изменений на рынке услуг, увеличивается спрос на интеллектуальные услуги и услуги передачи данных. Первая причина этих изменений — неэффективность создания собственных крупно- масштабных ведомственных сетей. Такой вывод следует из фактически полученного соотношения стоимости ведомственной сети и реализованных услуг связи. Различные ведомства, банки, нефтегазовые и энергетические компании, государственные структуры и другие корпорации при строительстве корпоративной сети на основе собственной телекоммуникационной инфраструктуры не смогли достичь желаемого результата по современным услугам связи. Поэтому ведомства хотели бы концентрироваться на выполнении своих основных функций, если оператор связи предоставит услуги по организации ведомственных сетей передачи данных. Вторая причина    — стремительное развитие всемирной сети Интернет. Рождается массовый спрос на услуги передачи данных Интернет. Интернет используется для доступа к информационно-справочным ресурсам, электронной почты и электронной коммерции.

            Уже выделилась и сформировалась как самостоятельная дисциплина технология сетевого управления. Сетевое управление решает задачи как по горизонтали (управление устранением неисправностей, конфигурацией, качеством, учетом и планированием), так и по вертикали (управление оборудованием, сетью, услугами и бизнесом). За последнее десятилетие автоматизированные системы сетевого управления проделали стремительную эволюцию от вспомогательных средств поддержки технической эксплуатации до системы, определяющей возможности телекоммуникационной инфраструктуры.

            Технология сетевого управления предлагает новые услуги, базирующиеся на собственных возможностях системы управления. Система управления собирает, обрабатывает, анализирует различную измерительную информацию о состоянии сети, качестве обслуживания, используемых ресурсах и событиях в сети. Предоставление этой информации пользователю в удобном для него виде является полноценной информационно-справочной услугой. Система управления может предоставить корпоративному пользователю услугу виртуальной частной сети с возможностью управления выделенными ресурсами со стороны пользователя. Такая новая услуга управления со стороны пользователя позволит небольшой компании-пользователю избежать начальных затрат на управляющие системы. Следует отметить, что управление параметрами качества предоставляемых услуг выходит на первое место на рынке услуг связи. Реализация услуг управления со стороны пользователя требует:

            — наличия у оператора собственной системы управления сетью в соответствии с моделью TMN;

            — реализации в рамках этой системы гибкой пользовательской системы доступа, позволяющей индивидуально настраивать профиль пользователя.

            Кроме того, система управления сетью может предоставить внутренние услуги по управлению компьютерными средствами (централизованное технической обслуживание, управление конфигурацией, управление качеством) и другими средствами информационных технологий.

            Основой построения современных систем сетевого управления служит системы рекомендаций МСЭ по сети управления электросвязью — TMN. Рекомендации по TMN определяют основные понятия сетевого управления, многомерную архитектуру и каталог услуг и функций управления, варианты реализаций и требования к стандартным интерфейсам. Система TMN представляет мощный интегрированный комплекс управления сетями и услугами.

            Все это позволяет говорить о формировании нового рынка услуг. К новым услугам относятся:

            — услуги по построению виртуальных частных сетей передачи данных (связь ЛВС удаленных офисов, связь терминалов, устройств сбора данных с центрами обработки информации, реализация систем телефонной и видеосвязи) с одновременным решением задач защиты информации и дистанционного управления сетевым оборудованием из единого центра;

            — услуги доступа в сеть Интернет (доступ к информационным ресурсам, электронная почта, электронная коммерция, мобильный доступ в сеть Интернет);

            — услуги управления (оповещение о неисправностях, предоставление данных о качественных показателях, управление конфигурацией выделенных ресурсов, управление параметрами качества предоставляемых услуг, управление предоставлением услуг, предоставление данных по учету использования ресурсов и расчетам, предоставление информации о новых услугах и тарифах);

            — услуги передачи мультимедийной информации (для студий кабельного телевидения и предприятий здравоохранения и обучения, телемедицина, телеобучение).

 

         3.3. Структура сети

 

            Выделим в мультисервисной сети три уровня: транспортный (магистральный, опорный), распределения и доступа (рис. 3.1). В некоторых случаях вышеуказанные уровни могут объединяться, например, транспортный с уровнем распределения или уровень распределения с уровнем доступа. Топологии транспортного уровня и уровня распределения в общем случае не совпадают.

 

                                                          

 

         Транспортный уровень представляет первичную сеть передачи информации, может использовать достаточно зрелую технологию SDH или новую фотонную технологию DWDM. Обеспечивает передачу информации на территории различного масштаба, выполняет функции мультиплексирования оптических сигналов, их усиление и защиту, кроссоединение оптических каналов и управления. Транспортный уровень может и отсутствовать, если используется непосредственное соединение коммутаторов или маршрутизаторов через их собственные оптические интерфейсы, тогда в качестве опорной сети используются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

            Уровень распределения представляет сеть коммутации или маршрутизации, использует технологии пакетной коммутации для построения наложенной мультисервисной сети. Обеспечивает эффективное распределение пропускной способности на основе коммутации, маршрутизации и статистического мультиплексирования для передачи разнородного трафика. Может использовать технологию АТМ или IP с протоколами гарантированного качества обслуживания (RSVP, DiffServ, MPLS), или технологию DPT. Технология MPLS базируется на многоуровневой коммутации меток пакетов и может применяться не только с IP, но с любой технологией канального уровня (АТМ, Frame Relay).

            Уровень доступа представляет абонентскую сеть связи, реализует различные технологии цифровых абонентских линий ADSL, HDSL, VDSL, может использовать технологии Ethernet, ISDN, ATM. Уровень доступа обеспечивает информационный доступ терминалов в автоматически коммутируемую сеть.

            Транспортный уровень и уровень распределения часто объединяются и представляют ядро сети, или опорную сеть. Если для построения сети доступа используются технологии ADSI HDSL, VDSL, Ethernet, ISDN, АТМ, то для построения опорной сети используются технологии АТМ, SDH, SDH/АTМ, SDH/IР, GIGABIT ETHERNET. На рис. 3.2 показана структура мультисервисной АТМ/SDH сети.

 

                                  

 

         3.4. Технологии опорной сети

 

            Рассмотрим несколько подходов к построению опорной мультисервисной сети (АТМ, SDH, POS, DPT, GIGABIT ETHERNET) и проведем сравнение подходов по следующим критериям:

            — универсальность сети относительно передаваемого трафика;

            — обеспечение надежности;

            — обеспечение качества обслуживания;

            — возможность динамического использования полосы пропускания. Ранее было показано, что технология АТМ считается технологией, позволяющей полноценно передавать интегральный трафик (голос, видео, данные), удовлетворяя различным требованиям качества и условиям загрузки канала. Технология АТМ ориентирована на соединение, поэтому перед тем, как передать информацию между пользователями, организуется виртуальный канал, который действует до момента окончания передачи. Это несколько напоминает телефонную сеть, т.е. для каждой взаимодействующей пары пользователей организуется выделенная полоса пропускания с заранее заказанными характеристиками качества обслуживания (QoS). При этом весь разнородный трафик преобразуется в 48-байтовые ячейки, к которым добавляются пятибайтовые заголовки.

            Сеть АТМ строится на базе оптоволоконных линий. В настоящий момент поддерживаются скорости передачи в опорной сети 155 и 622 Мбит/с, но существует и оборудование, рассчитанное на передачу 2,4 Гбит/с. Физические интерфейсы АТМ могут работать по физической линии или поверх системы передачи . SDH. Оборудование SDH эффективно используется в качестве транспортной сети для АТМ при передаче цифровых потоков на значительные расстояния. Организация же мультисервисных сетей, расположенных на ограниченной территории (городских, районных и т.п.), возможна на базе оборудования АТМ и выделенных (темных) оптических волокон, при этом интервал переприема между коммутаторами АТМ не превышает 60 км. Это обеспечивает экономию средств, тик как нет необходимости в дополнительном мультиплексоре SDH, и имеются широкие возможности по стыковке таких сетей с магистральными цифровыми  каналами, выполненными по различным технологиям. На физическом уровне технологии АТМ и SDH— это одно и то же, лишь на логическом уровне технология АТМ предоставляет гораздо больше возможностей. АТМ использует SDH как способ передачи. Коммутатор АТМ сам формирует кадры SDH, ячейки вкладываются в кадры SDH согласно соответствующим правилам. Для работы на ВОЛС применяются физические интерфейсы Е1, Е3, STM-1, STM-4, а также физические интерфейсы с прямой передачей ячеек (cell based) на скоростях 155 и 622 Мбит/с.

            К преимуществам технологии АТМ относятся динамическое распределение пропускной способности на основе статистического мультиплексирования и  качественное обслуживание разнородного трафика. АТМ предоставляет следующие услуги для переноса данных:

            — CBR (Constant Bit Rate) — выделение канала с фиксированной пропускной способностью и другими параметрами (предельно допустимая задержка при передаче данных, и т.д.), заказанными пользователем. Такой вид QoS лучше всего подходит для передачи голоса;

            — RT-VBR (Real Тime Variable Bit Rate) — выделение канала с пропускной способностью в пределах коридора (минимум-максимум) и другими параметрами (максимальная задержка при передаче, и т.д.), запрошенными пользователем. RT-VBR идеально подходит для передачи видео и голоса. Имеет жесткие требования к задержке при передаче (поскольку предназначается для передачи трафика в режиме реального времени);

            — NRT-VBR (Non Real Time Variable Bit Rate) — VBR с ослабленными требованиями к задержке передачи. NRT-VBR может применяться для передачи видео и голоса, не требующих режима реального времени;

            — ABR (Available Bit Rate) — предоставление пользователю части физического канала, оставшейся невостребованной; причем при установлении соединения пользователь задает максимальную и минимальную скорости передачи. Поскольку ABR не контролирует величину задержек передачи, этот режим рекомендуется применять при передаче данных (т.е. для трафика, не чувствительного к задержке передачи);

            — UBR (Unspecified Bit Rate) — самый низкоприоритетный тип трафика Не предусматривает гарантированного предоставления пользователю какой - либо полосы пропускания. Все зависит от того, имеется ли возможность предоставления пользователю какого-либо канала;

            — UBR+ — модифицированный UBR, дополненный функцией Intelligent Packet Discard. Это очень существенное дополнение позволяет при потери ячейки (например, при перегрузке) не передавать оставшиеся ячейки из этого же пакета (кроме последней ячейки пакета), так как пакет уже не подлежит восстановлению. Данная операция особенно важна в случае такого низкоприоритетного режима, как UBR. Следовательно, применение UBR+ позволяет разгрузить физические каналы АТМ.

            Для повышения надежности и управляемости сети АТМ используются служебные потоки F1, F2, F3, F4, F5. Потоки F1, F2, F3 сигнализируют о неисправностях физического уровня и полностью соответствуют служебным потокам SDH, поскольку SDH — стандарт физического уровня протокола АТМ. Потоки F4, F5 сигнализируют о неисправностях уровня виртуального соединения (потеря связности) и эффективности использования ресурсов (анализ качества в прямом и обратном направлениях). Потоки F4, F5 передаются в виде служебных ячеек и обеспечивают контроль состояния виртуальных соединений и контроль трафиковых контрактов. Потоки F1, F2, F3, F4, F5 служат основой для работы системы управления сетью, они обеспечивают тестирование и выявление неисправностей в сети.

Наличие динамической маршрутизации в протоколе PNNI (Private NNI) повышает надежность сети АТМ. В случае нарушения соединения протокол PNNI автоматически восстанавливает соединение по альтернативному маршруту. К сети АТМ/РNNI, так же как и к сети АТМ/SDH применима концепция само-залечивающихся сетей. В небольших сетях АТМ для определения маршрутов может использоваться протокол IISP (Interim Interswitch Signaling Protocol). В этом случае применяется статическая маршрутизация, статические маршруты между коммутаторами задаются вручную. Сети АТМ/IISP уступают по надежности сетям АТМ/SDH.

            Сеть, построенная на основе АТМ, выгодно отличается от других, т.е. нуждается в минимальном количестве разновидностей оборудования. АТМ позволяет:

            —передавать все виды трафика, обеспечивая требуемую полосу пропускания и динамическое ее перераспределение;

            — создавать виртуальные сети;

            — предоставлять пользователю разнообразные интерфейсы;

            — поддерживать смешанную топологию.

            В АТМ реализованы механизмы встроенной диагностики виртуальных соединений, имеется возможность управления коммутаторами АТМ на основе протокола SNMP.

Оптимальное согласование АТМ с другими технологиями (IP, LAN) обеспечивает технология многопротокольной коммутации на основе меток (MPLS). Маршрутизаторы на границе области MPLS анализируют заголовок пакета, относят его к определенному потоку и присваивают ему соответствующую метку. Метка играет ту же роль, что и идентификатор виртуального пути (канала). Метка обеспечивает быстрое продвижение пакета в области MPLS, которой принадлежат АТМ-коммутаторы. Последние легко поддерживают MPLS путем замены меток в полях идентификатора виртуального пути и/или виртуального канала и разделения области VPI/VCI сети АТМ с целью поддержки как дифференцированных услуг (услуги MPLS), так и классических услуг АТМ.

            Технология SDH завоевала в России признание и широко используется в сетях связи. В SDH рационально решены вопросы организации трактов различного уровня, резервирования, управления и тактовой сетевой синхронизации. Технология SDH обеспечивает высокую надежность и живучесть сети за счет резервирования. Для реализации этих возможностей в полной мере используется кольцевая структура (одно или несколько объединенных колец) SDH, обеспечивающая наличие двух независимых путей между каждой парой узлов. В системе управления сетью имеются возможности по автоматическому переключению для реконфигурации сети с целью восстановления пропуска трафика при возникновении отказов, восстановление работоспособности происходит в течение 50 мс после отказа узла или обрыва в одном из сегментов кольца. Автоматическое восстановление синхронизации в сети осуществляется двумя механизмам с помощью таблиц приоритетов и сообщением о статусе синхронизации. Они являются мощными средствами предотвращения создания замкнутых петель синхронизации и нарушения иерархии уровней качества хронирующих источников.

            В методе таблиц приоритетов оператор ставит в соответствие любому входящему сигналу, используемому в целях синхронизации, определенный уровень приоритета. Сигнал с высшим приоритетом выбирается в качестве основного, a oстальныe находятся в режиме ожидания. Переключение на менее приоритетный источник синхронизации происходит после исчезновения основного сигнала синхронизации из-за пропадания сигнала на линейном интерфейсе, потери цикла передачи, при сигнале аварийного состояния или других отказах сети, а также при значительном уходе фазы или частоты опорного сигнала.

            Механизм сообщения о статусе синхронизации дополняет традиционный механизм таблиц приоритетов. Сообщения располагаются в 5-8 битах байта S1 заголовка сигнала STM-N и несут информацию о качестве тактового генераторы находящегося в начале цепочки синхронизации. Эти сообщения позволяют при выборе опорного сигнала учитывать не только приоритеты, заданные операторов сети, но и качество генераторов в начале цепочек синхронизации, что важно при недоступности эталонных первичных источников из-за отказа на линиях. По качеством понимается долговременная стабильность генератора. Перечисленные выше механизмы говорят о высокой надежности SDH.

            Основная скорость передачи — 155,250 Мбит/с (STM-1). Более высокий скорости определяются как кратные STM-1: SТМ-4 — 622; SТМ-16 — 2488,32; STM-64 — 9953,28 Мбит/с.

            Технология предполагает использование метода временного мультиплексирования (TDM) и кросс-коммутации тайм-слотов. При этом оконечное оборудование SDH оперирует потоками E1 (2,048 Мбит/с), к которым подключается клиентское оборудование. Основными устройствами сети являются SDH-мультиплексоры.

            Так как SDH работает по технологии мультиплексирования с временным разделением каналов, то эффективно использует полосу пропускания только при максимальной загрузке каналов трафиком реального времени (голос). Минимальной единицей коммутации для SDH является канал 2 Мбит/с (поток Е1, 30 голосовых каналов). Пропуская способность канала E1 становится недоступной для передачи любого другого трафика, независимо от того, сколько голосовых каналов занято. Для современных приложений ЛВС скорости обмена данными может быть недостаточно пропускной способности 2 Мбит/с. Ее можно увеличить, за- действуя несколько каналов E1 в параллельном режиме или перейдя на порт 34 Мбит/с. И в том, и в другом случаях стоимость маршрутизатора ЛВС резко возрастает. Для передачи узкополосных сигналов технологического управлении необходимо полностью предоставить поток E1, что приводит к потере большей части пропускной способности. Объединение же в один поток E1 несколько таких сигналов и голосовых каналов потребует мультиплексора доступа, что означает удорожание периферийного оборудования. С развитием телекоммуникационной инфраструктуры регионов все больший вес приобретает транспортировка данных, поэтому эффективным будет объединение технологий SDH и АТМ.

            В SDH технологии имеются механизмы встроенной диагностики. Для повышения надежности и управляемости транспортной SDH сети используются специальные сигналы о неисправностях, которые передаются в STM-заголовках в виде служебных потоков F1, F2, F3. Эти потоки сигнализируют о неисправностих физического уровня (потеря связности, ухудшение качества передачи), а механизмы встроенной диагностики обеспечивают оперативное переключение в системе SDH.

            Централизованная система управления сетью SDH предназначена для тестирования, сбора статистики о неординарных или аварийных ситуациях, полуавтоматического или ручного управления сетью, конфигурирования и административного управления сетью. Система SDH имеет свою систему управления— SMN, которая включает программные продукты двух типов: элемент-менеджер (ЕМ) для управления узлами сети и сетевой менеджер (NM) для управления сетью в целом. Программные продукты ЕМ и NM разрабатываются производителями оборудования SDH.

            Технология Packet-over-Sonet (POS) обеспечивает высокоскоростную передачу IP-пакетов по каналам STM-1. Технология Packet-over-Sonet (POS) обладает всеми достоинствами и недостатками технологий SDH и IP. К достоинствам относятся высокая надежность сети SDH и гибкость IP-сети, к недостаткам — отсутствие универсальной технологии, обеспечивающей передачу разнородного трафика.

            Сетевая инфраструктура упрощается. Появляется только дополнительный подуровень, необходимый для формирования пакетов данных протокола типа «точка-точка» (Роint-to-Point Protocol, PPP). Магистральные маршрутизаторы соединяются каждый с каждым по схеме «точка — точка», что ограничивает масштабируемость IP-сети.

            Транспортная сеть строится по смешанному типу парка техники: магистральных маршрутизаторов, оснащенных SDH-модулями, и SDH-оборудования. Для управления транспортной сетью требуется две системы сетевого управления для сети SDH и IP-сети.

Отсутствие промежуточного стека протоколов АТМ позволяет снизить накладные расходы на передачу информации. По сравнению с 10%, приходящимися на заголовок ячейки АТМ, 3% служебных данных фрейма POS — несомненный прогресс. Однако передача IP-пакетов имеет неравномерный характер. Попытка загнать потоки пакетов в голосовые каналы ведет к потере пропускной способности, так как значительную часть времени каналы оказываются не дозагруженными. Но, с другой стороны, за достижение максимального использования каналов посредством статистического мультиплексирования приходится расплачиваться, плата — непредсказуемая задержка, неустойчивая синхронизация и потери пакетов.

            Управлять сетевыми ресурсами и трафиком в IP-сетях можно с помощью протокола типа DiffServ или RSVP. Однако не факт, что эти сложные протоколы будут работать в крупномасштабных мультисервисных сетях.

            Протокол RSVP резервирует полосу пропускания для того, чтобы обеспечить гарантированное время доставки голосовых пакетов в IP-сети. Резервирование

снижает эффективность использования ресурсов. Кроме того, требуемую полосы пропускания можно обеспечить путем увеличения степени сжатия передаваема пакетов при допустимых потерях информации и ухудшении качества звука. Так как резервирование осуществляется для каждого потока пакетов между парами источник-получатель, то протокол RSVP не используется в крупномасштабны сетях с множеством потоков.

            Протокол DiffServ обеспечивает дифференцированное обслуживание для различных приложений путем классификации и маркировки пакетов. Маркер приоритета помещается в IP-заголовок пакета и определяет уровень обслуживания пикетов данного приложения. DiffServ разделяет весь трафик на небольшое число классов обслуживания (32 класса обслуживания) и определяет тип локальною поведения узла. Для поддержки уровня обслуживания в маршрутизаторах используются различные механизмы обслуживания очередей и управления буферами.

            Протокол MPLS может оказать помощь провайдеру при внедрении DiffServ. Протокол MPLS позволяет сконфигурировать маркированные маршруты с различными характеристиками производительности, полосы пропускания, времени задержки и другими параметрами, после чего каждый класс трафика направляется по соответствующему маршруту.

            Для обеспечения мультисервисности можно использовать комбинированное решение. Телефонные станции удобно соединять с помощью потоков E1, передачи которых организуется по SDH. А сети данных объединять через маршрутизаторы с модулями SDH. Такое решение соответствует точке зрения, согласно которой для каждого вида трафика лучше всего использовать «родную» для него среду.

            Так, MPLS позволяет организовать предоставление услуг VPN, используя Meханизм туннелирования. Виртуальная частная сеть строится как совокупность маркированных маршрутов между различными физическими сегментами VPN, MPLS гарантирует уровень безопасности не ниже, чем при использовании виртуальных каналов АТМ, поскольку пользователи конкретной VPN не могут видеть потоки, идущие вне частной сети. Безопасность в сетях с поддержкой MPLS достигается за счет комплексного применения протокола BGP (Border Gateway Protocol), а при необходимости — использования технологии IPSec. Протокол BGP рассылает обновления таблиц маршрутизации только тем маршрутизаторам, к которым подключены клиенты данной VPN. Для каждой VPN формируется своя таблица маршрутизации, в которую заносятся только IP-адреса, принадлежащих данной VPN. Эти таблицы также содержат метки, которые соответствуют VPN IP-адресам. Поскольку маршрутизация через сеть базируется на метках вместо IP-адресов, то пользователи могут сохранять свои схемы адресации без какой-либо трансляции адресов через сеть оператора. Для обеспечения более высокого уровня конфиденциальности можно использовать технологию защищенного канала IPSec, в этом случае сеть оператора фактически ничего не знает о VPN.

            Технология DPT обеспечивает передачу IP-пакетов по ВОЛС. Она в первую очередь ориентирована на провайдеров услуг по передаче IP-трафика, особенно на тех, кто имеет действующую сеть SDH и задумывается о более эффективном использовании каналов.

            Рассматриваемая технология является собственной разработкой компании Cisco Systems, Inc. и находится на стадии принятия в качестве международного стандарта. Кроме того, значительное число мировых производителей сетевого оборудования заявили о своей поддержке новой технологии. Сегодня многие провайдеры услуг по передаче данных как в России, так и за рубежом уже перешли с технологии SDH на технологию DPT.

            Высокоскоростная технология динамической передачи IP-пакетов по кольцевой сети воплотила лучшие черты технологий SDH, FDDI и DQDB. Благодаря DPT можно избежать промежуточных стеков протоколов SDH и АТМ при передаче IP-трафика. Сетевая инфраструктура упрощается, но выполняемые SDH и АТМ важные сетевые функции должны теперь поддерживаться сетями IP.

            Сеть DPT имеет кольцевую топологию, используются два кольца: внутреннее и внешнее. По каждому из колец в одном направлении передаются данные, в другом — управляющая информация. Передача данных в кольцах осуществляется в разных направлениях, таким образом поддерживается обратная связь принимающего узла с передающим. Оба кольца используются одновременно, что усваивает полосу пропускания и обеспечивает оперативную передачу управляющей информации (SDH позволяет задействовать только одно кольцо, другое— резервное). Высокая надежность DPT достигается за счет технологии интеллектуальной защиты коммутации IPS (Intelligent Protection Switching), обеспечивающей мониторинг кольца и восстановление его работоспособности за 50 мс после отказа узла или обрыва в одном из сегментов. При обрыве в одном из сегментов происходит замыкание кольца в ближайших узлах, и функциональность сети восстанавливается. При отказе маршрутизатора DPT-модуль переходит в режим ретрансляции, поэтому не возникает разрыва кольца, и процедура восстановления кольца не запускается.

            Сеть DPT может подключаться к SDH и работать в «гибридном» режиме. Маршрутизаторы могут подключаться к оптике напрямую или через оборудование SDH, так как на МАС уровне SRP-пакеты отображаются во фреймы SDH. Максимальное расстояние между узлами для многомодовых оптоволоконных линий — 2 км, для одномодовых — до 15 — 40 км, при использовании оптоволоконных усилителей можно увеличить пролет между двумя узлами до 100 км. DPT может работать и непосредственно поверх SDH. Технология DPT позволяет строить масштабируемую городскую или региональную IP-сеть.

            DPT отличается от SDH эффективным использованием полосы пропускания. Передача информации между двумя узлами осуществляется по кратчайшему маршруту одного из двух колец с учетом его направления передачи данных. Циркулирующие по кольцу пакеты удаляются узлом-получателем, а не узлом-отприителем. Распределение полосы пропускания между узлами кольца осуществляя на основе протокола SRP (Spatial Reuse Protocol). SRP управляет очередями каждом узле, в результате каждый узел может получить определенную долю пускания кольца и регулировать скорость передачи других узлов путем передним управляющей информации. Протокол SRP, предлагаемый Cisco, использует для маркировки трафика бит ToS (Туре of Service) в заголовке IP-пакета и Meханизм сброса пакетов при перегрузке в сети. Трафик разделяется на два класс высокоприоритетный и низкоприоритетный. Текущая версия протокола SRP а позволяет применять в сети протокол DiffServ, так как для реализации DiffServ необходимо большее количество классов трафика.

            Для сбора информации о работе сети узлы используют широковещательную рассылку пакетов ARP (Address Resolution Protocol). Каждое устройство в сети имеет собственный МАС-адрес, с помощью ARP устройства собирают информацию об активности соседних узлов. Поскольку вся система реализована как едина IP-подсеть, пакеты обрабатываются только тогда, когда поступят в узел назначения. Это сокращает время передачи пакета и не требует корректировки маршрутных таблиц при выходе из строя узлов.

            Через облако DPT-сети невозможно установить виртуальные соединении SVC. Однако сеть поддерживает все виды мультимедийного трафика и технологию MPLS, обеспечивая возможность построения на ее базе надежных и безопасных виртуальных сетей.

            Технология GigabitEthernet востребована при построении опорной части крупной корпоративной сети.

            Стремительное увеличение использования Web-технологий в сочетании с большим числом пользователей, работающих с традиционными приложениями типа передачи файлов, электронной почты и т.п., приводит не только к росту потоков данных, но и к иному перераспределению этих потоков между ЛВС и опорными сетями.

            Большая часть потоков данных пересылается теперь не между сервером и рабочей станцией, как это было раньше, а идет по опорной сети до централизованно установленных серверов. Кроме того, необходимость увеличения полосы пропускания связана еще и с такими факторами, как рост мощности процессоров ПК у конечных пользователей, необходимость работы с мощными и сложными прикладными программами, увеличение размеров пересылаемых файлов, передача видео и голоса.

            До сих пор из всех сетевых протоколов Ethernet остается самым распространенным, а с появлением технологии Fast Ethernet, которая позволила повысить полосу пропускания с 10 до 100 Мбит/с, область применения Ethernet расширилась еще больше. Поэтому естественной выглядит попытка увеличить производительность, обеспечивая при этом преемственность с широко распространенной технологией Ethernet.

Gigabit Ethernet предлагает дальнейшее увеличение полосы пропускания на основе самой распространенной на сегодняшний день сетевой технологии. Уже очень скоро на рынке можно будет ожидать появления устройств, поддерживающих 10 Gigabit Ethernet.

Поэтому вполне естественно выглядят проекты, где технология Gigabit Ethernet используется для построения опорной части сети. Такое решение является наиболее экономичным, поскольку позволяет отказаться от специального каналообразующего оборудования и использовать в качестве опорных устройств корпоративной сети центральные маршрутизирующие коммутаторы, используемые в ЛВС узлов.

            Это позволяет достичь приемлемой степени отказоустойчивости и обеспечить пропускную способность оптических каналов связи на уровне 2 Гбит/с (с учетом полного дуплекса).

            Восстановление сети в случае отказов отдельных устройств будет осуществляться за счет соответствующих алгоритмов и протоколов маршрутизирующих коммутаторов. Однако такое решение имеет следующие функциональные особенности, которые необходимо учитывать:

             — для подключения сторонних организаций с целью предоставления услуг по транспорту трафика необходимы специальные меры по защите информационных ресурсов ЛВС узлов; при этом потребуется установка соответствующего дополнительного оборудования;

            — достаточно сложно проводить дифференцированную политику безопасности для различных участков сети; возможным решением здесь является использование технологии MPLS;

            — возникнут сложности в отношении учета трафика при предоставлении услуг сторонним организациям;

            — масштабируемость опорного участка сети будет иметь значительные ограничения, связанные с работой маршрутизирующих протоколов на коммутаторах опорных узлов и с количеством узлов в опорной части сети. Кроме того, в значительной мере возрастет время восстановления сети при отказах.

            — передача мультисервисного трафика может осуществляться за счет соответствующих IP-технологий.

            Исходя из вышеперечисленных особенностей следует, что такое решение наиболее оправданно для построения опорной части крупной корпоративной сети.

            Приведем основные преимущества технологии АТМ:

            — динамическое управление полосой пропускания каналов связи;

            — предоставление услуги качества QoS для различных типов трафика; — возможности резервирования каналов связи и оборудования;

            — возможность интегрирования самых различных типов трафика, включая голос, данные, видео;

            — возможность экономии полосы пропускания за счет специальных технологий обработки голосового трафика;

            — возможность эмуляции «прозрачных» каналов связи;

            — совместимость с технологией FR и предоставление сервисов пользовать FR.

            — используя технологию MPLS (Tag Switching), сервис-провайдер, имеющий опорную сеть АТМ, может динамически коммутировать трафик IP по опарной сети АТМ в реальном масштабе времени. При этом появляется возможность предоставлять необходимый уровень качества обслуживания QoS, соотнося уровни приоритезации IP и АТМ.

            К недостаткам технологии АТМ относятся:

            — сложность технологии;

            — относительно высокая цена оборудования;

            — недостаточная совместимость оборудования от различных производителей — в специфических задачах (например, при частой передаче небольших объемов трафика) применение технологии АТМ может привести к неоправданно большим задержкам при установлении соединений и к довольно высокому проценту служебной информации, загружающей канал связи.

Использование технологии АТМ при построении опорной сети можно рекомендовать в следующих случаях:

            — загрузка каналов близка к предельной;

            — требуется передавать разнородный трафик с предоставлением различных классов обслуживания (голос, данные, видео);

            — доля голосового трафика в общей загрузке канала является существенной;

            — возможны требования по предоставлению «прозрачных» каналов связи, например для соединения выносов АТС.

 

         3.5. Выбор топологии сети

 

            Для сети АТМ характерны высокоэффективное использование полосы пропускания, особенно при передаче данных от локальных сетей, разнообразие предоставляемых пользователю интерфейсов, а также способность поддерживать смешанную топологию. Это делает сети АТМ самыми надежными на сегодняшний день, а создание их без использования первичной канальной структуры на интервалах переприема до 60 км обеспечивает значительную экономию средств при организации сетей, расположенных на ограниченной территории (городских, районных и т.п.).

            Сети АТМ поддерживают любую сетевую топологию: линейную, кольцевую, звездообразную, смешанную. Выбор топологии определяется географическим размещением узлов электросвязи, трассами волоконно-оптических линий и требованиями надежности.

АТМ-технология имеет встроенные механизмы по обеспечению надежности и управляемости сети. Для повышения надежности и управляемости сети используются специальные сигналы о неисправностях, которые передаются в виде потоков служебных ячеек F1, F2, F3, F4, F5. Потоки F1— F3 определяют передачу сигналов о неисправностях на физическом уровне и полностью аналогичны сигналам в системе SDH, поскольку последняя служит стандартом физического уровня протокола АТМ. Потоки F1 — F3 позволяют проводить диагностику неисправностей на физическом уровне, потоки F4, F5 — диагностику виртуальных соединений. Если система SDH при возникновении неисправностей обеспечивает оперативное переключение за счет организации резервирования, то АТМ при возникновении неисправностей реализует автоматическое восстановление соединения по альтернативному маршруту за счет средств адаптивной маршрутизации протокола PNNI. Адаптивная маршрутизация значительно повышает надежность работы сети и позволяет строить большие территориальные сети АТМ без применения технологии SDH в качестве технологии транспортной сети. К сети АТМ/РNNI так же как и к сети АТМ/SDH применима концепция само залечивающихся сетей.

            Для того чтобы реализовать возможности по обеспечению надежности в полной мере, необходимо правильно выбрать топологию, позволяющую иметь физически разнесенные пути между каждой парой узлов сети. Кольцо является простейшей топологией, обеспечивающей наличие двух независимых путей между каждой парой узлов.

Небольшие по размерам сети (до 10 узлов) могут быть построены в виде одного кольца, кольца с отростками (рис. 3.3) или нескольких сопряженных колец. Большие по размерам сети (с числом узлов более 10) могут иметь сложную смешанную топологию. В настоящее время существующие сети АТМ (городские, районные, региональные) являются небольшими и имеют древовидно-кольцевую топологию.

            В топологии кольца с отростками часть узлов соединяются в кольцо, а остальные узлы присоединяются к ним отдельными линиями-отростками. Отростки могут представлять собой как отдельные связи «точка — точка», так и участки «сплющивания» кольца, на которых две пары оптических волокон, образующих кольцо, проходят в одном кабеле. В любом случае выход из строя такой линии приводит к полной потере связи с соответствующим узлом. На это можно пойти ради удешевления сети только при организации связи с менее важными узлами. Однако недопустимо соединять отростком, например, областной центр с остальной частью внутризоновой сети или АМТС с городской сетью областного центра.

            Топология магистральной сети АТМ может иметь несколько замкнутых контуров. В самом простом варианте два смежных кольца имеют один общий узел,

Однако при выходе его из строя связь между кольцами прерывается. Поэтому для обеспечения надежности желательно применять для сопряжения колец две узла (рис. 3.4).

 

                       

 

         3.6. Построение сети доступа

 

            Организация индивидуального и коллективного доступа пользователей. Для обеспечения надежности функционирования транспортной сети и гарантирования качества предоставляемого сервиса оператор должен иметь возможность вести удаленный мониторинг и управление не только магистральной компонентой сети, но и каналами доступа абонентов и их оконечным оборудованием. Подключать абонентов к магистральной сети можно следующими способами [22, 64, 77, 86, 111]:

            — по обычной телефонной паре, соединяющей абонента с коммутатором.

            В данном случае, кроме организации высокоскоростного канала передачи данных, желательно сохранить возможность установления обычных телефонных соединений;

            — организацией радио доступа;

            — прокладкой отдельного медного или волоконно-оптического кабеля от абонента до магистральной АТМ-сети.

            Как правило, по мере роста магистральной сети происходит миграция точек подключения абонентов. Поэтому прокладка отдельного кабеля до абонента не- целесообразна как с точки зрения инвестиций, так и времени подключения.

            Ключевое условие эффективного использования магистрали АТМ — возможность доведения всего спектра услуг сети с гарантированным уровнем качества до абонента. Значительная часть пользовательских приложений рассчитана на преобладание объема исходящей от магистральной сети к абонентам информации по сравнению с входящими потоками. К таким приложениям относятся Интернет-приложения, приложения услуги по запросу и приложения технологии «клиент — сервер». Отсюда можно сделать вывод о допустимости организации несимметричной «последней мили».

            Двумя современными и наиболее быстро развивающимися технологиями высокоскоростного доступа являются ADSL и беспроводной АТМ.

            Беспроводной АТМ-доступ (Wireless АТМ, WATM) базируется на микроволновой связи и коммутации ячеек, которые специально доработаны с целью использования друг друга. Отметим, что простое сочетание технологий АТМ и микроволновой связи не относятся к WATM.

            Радиопередача в системах WATM осуществляется в диапазоне частот 2 — 42 ГГц на расстояние до 5 — 7 км. Используется сотовый принцип организации связи, при котором вся обслуживаемая сеть разбивается на соты. В центре каждой соты устанавливается базовая станция (БС), ведущая широковещательную передачу радиосигналов, принимаемых всеми станциями-абонентами, расположенными в данной соте. Передача происходит в стандартном формате АТМ-ячейки, каждый абонент выделяет «свои» ячейки на основании значений идентификаторов виртуального пути и виртуального канала. Таким образом, канал от БС к абонентам разделяется между ними методом коммутации ячеек.

            Обратный канал — от абонентов к БС обычно разделяется частотным (FDMA) или временным (TDMA) способами. Метод TDMA более сложен в реализации, однако обеспечивает более эффективное использование полосы при пачечном трафике. В качестве методов модуляции в системах WATM применяются различные модификации фазовой и амплитудно-фазовой модуляции.

            Сегодня WATM обеспечивает беспроводный доступ абонентов с фиксированным расположением, т.е. большую часть требуемых услуг беспроводного мультимедийного доступа. В перспективе предполагается доработать форматы для реализации функций внутреннего роуминга и других режимов управления, что позволит организовать радиодоступ мобильных абонентов.

            Пример промышленно производимой системы WATM — система Reunion компании Nortel (рис. 3.5), включающая в свой состав БС, высокочастотное приемо-передающее оборудование и абонентские модули.

 

                                 

 

            Базовая станция соединяет проводную и беспроводную компоненты АТМ-сети, осуществляет модуляцию и демодуляцию на промежуточной частоте, мультиплексирование абонентского трафика и его передачу в АТМ-коммутатор магистральной сети на скорости 155 Мбит/с.

            Высокочастотное приемо-передающее оборудование располагается в непосредственной близости от антенного блока и преобразует сигнал, перенося его  промежуточного в рабочий диапазон и обратно, усиливает его (детектирует) и передает (принимает).

            Абонентский модуль представляет собой оконечный АТМ-мультиплексор, который преобразовывает информационные потоки пользователей в ячейки АТМ, а также реализует модуляцию-демодуляцию сигнала промежуточной частоты. Кроме того, позволяет подключить разнообразное пользовательское оборудование по интерфейсам Т1/Е1, Т3/E3, ОС-3 (155Мбит/с), Ethernet (10BaseT), АТМ-25. Таким оборудованием может быть учрежденческая АТС, локальная сеть, АТМ/Frame Relay-терминалы, в том числе видеодекодеры MPEG-2.

            Технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop) — наиболее динамично развивающаяся технология семейства xDSL, обеспечивающая высокоскоростную передачу информации по обычной физической линии — одной медной витой паре. Устройства цифрового доступа устанавливаются на обоих концах линии: у пользователя — ADSL-модем, а на стороне АТМ-коммутатора — мультиплексор доступа DSLAM. Эта пара работает следующим образом. В провода образуются три канала: аналоговый тональной частоты (телефон), среднескоростной канал обратной связи (от абонента, 16 кбит/с — 1 Мбит/с) и высокоскоростной канал (к абоненту, 1,5 — 8 Мбит/с). Чтобы исключить помехи на телефонном канале, спектры высокоскоростных каналов ограничиваются снизу с помощью разделителя — так называемого сплиттера. Следует отметить еще одно преимущество ADSL, которое особенно важно для клиентов. В отличие от коммутируемого доступа, при котором линия занята либо связью с сетью Интернет, либо телефонным разговором, технология ADSL позволяет одновременно говорить по телефону и «путешествовать» по сети. В ADSL-модемах используются два типа модуляции: амплитудно-фазовая с подавлением несущей (Carrier Amplitude Phase, CAP) и дискретная со многими несущими (Discrete Multitone, DMT). Последняя имеет преимущества перед CAP, в частности в каждом  подканале скорость может динамически изменяться в зависимости от качества : канала связи.

            Многие производители оборудования АТМ выпускают ADSL-модемы для обеспечения доступа абонентов к АТМ-узлам. В качестве примера рассмотрим оборудование ADSL корпорации Newbridge (в 2000 г. произошло объединение Newbridge и Alcatel) (рис. 3.6).

 

                                  

 

            Оборудование включает:

            — восьмипортовую карту ADSL-модемов для коммутатора АТМ MainStreet- Xpress 36170;

            — групповое многопортовое устройство уплотнения/разделения сигнала, (сплиттер);

            — пользовательский ADSL-модем 27020 со встроенным устройством уплотнения/разделения сигналов и мостом ЛВС. ADSL-модемы используют метод. дискретной модуляции DMT.

            Абонентское оборудование подключается к устройству ADSL-модему 27020 по стандартному интерфейсу Ethernet (RJ-45, 10ВаяеТ). Абонентские информационные потоки инкапсулируются в ячейки АТМ в соответствии с AAL5. Одновременно может поддерживаться до 15 виртуальных соединений. Ответные ADSL-модули, расположенные в устройстве 36170, обеспечивают передачу АТМ-ячеек на общую шину коммутатора. Важным достоинством ADSL модемов является возможность их удаленного мониторинга, изменения конфигурации, загрузки программного обеспечения как при помощи системы управлении MainSreetXpress 46020 Network Management, так и стандартных систем по протоколам SNMP, CMIP, а также при помощи Web-броузеров.

            Большую гамму устройств xDSL предлагает компания Cisco, в частности SDL-концентраторы (SDLAM) 6260, обеспечивающие установку группы модулей xDSL и подключение к коммутирующему оборудованию по протоколам АТМ, внешние ADSL-модемы 626, карты 605, вставляемые в персональные компьютеры, широкополосный агрегатор трафика Cisco 6400 с функцией шлюза выбор услуг, позволяющий клиентам подключаться к разным провайдерам и разными услугам.

            На рис. 3.7 показана система абонентского доступа, выполненная на оборудовании Cisco. Она включает ADSL-модемы, узлы доступа оператора на базе DSL-концентраторов (DSLAM), телефонную сеть и частотные разделители (сплиттеры), установленные у абонента и на станции. DSLAM 6260 концентрирует поступающий от абонентских модемов трафик в один цифровой поток и направляет его в магистральную сеть, которая обеспечивает взаимодействие углов доступа к ADSL как между собой, так и с узлами провайдеров. Шлюз 6400 расширяет возможности системы ADSL, поскольку с его помощью можно добавлять в сеть ресурсы не связанные с сетью Интернет, например подключать по IP-технологии самые разнообразные службы (видео по запросу, игры, библиотеки, городские информационные сервисы).

            G.Lite (или ADSL Lite) представляет собой вариант технологии ADSL- доступа, обеспечивающий скорость «нисходящего» потока данных до 1,5 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных до 512 кбит/с. Технология G. Lite позволяет передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более прости в установке и имеет меньшую стоимость, что обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя. Абоненты имеют возможность использовать одну и ту же телефонную линию для высокоскоростной передачи данных и традиционной телефонной связи. Пока никто из операторов не попытался построить сеть передачи данных по этой технологии. Оказалось, что не так уж она и дешева, по сравнению с полной ADSL, к тому же не лишена недостатков. Если же в дальнейшем оператор захочет расширить предоставляемый сервис, то ему придется отказаться от G.Lite и вкладывать средства во что-то другое.

 

                                  

 

            IDSL (ISDN Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия ISDN). Эта, назовем ее, гибридная технология, обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 128 кбит/с — на 16 кбит/с больше, чем обеспечивает «прародительница». В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных.

            HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, т.е. скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря свойственной данной технологии скорости передачи телекоммуникационные компании используют эту высокоскоростную цифровую абонентскую линию в качестве альтернативы линиям Е1 (ИКМЗО). Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные или голос (примерно 4 км по кабелю с жилой 0,4 мм), меньше, чем при использовании технологии ADSL-доступа, возможно увеличение длины линии HDSL путем установки на линии регенераторов. Применение HDSL-технологии делает эту систему идеальным решением для организации или замены первичных ЦСП типа ИКМ-30 на соединительных линиях (СЛ) существующих ГТС (поскольку в случае HDSL отпадает необходимость в промежуточных регенераторах на СЛ ГТС), соединения МАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т.п.

            HDSL — наиболее популярная изо всех существующих технологий. Используется практически повсеместно и государственными, и коммерческими операторами связи. Благодаря тому, что она была первой xDSL-технологией, то получила максимальное распространение во всем мире. Кроме традиционного способ применения в телефонии для передачи потока E1 по обычным витым парам, на- ходит широкое применение и в компьютерных сетях и даже для доставки видел по существующим медным кабелям, что значительно снижает стоимость такого рода услуг. Технология HDSL позволяет многим телефонным компаниям и opгaнизациям делать то, что раньше они могли достичь лишь при передаче сигналю по ВОЛС или с помощью ретрансляторов E1, и не потребует от них установки дорогостоящего оборудования межсетевого взаимодействия. Эта технология так- же поддерживает логическое разделение сети. Оборудование легко подключить и им легко управлять.

            RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения) обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL. При этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. В случае технологии RADSL соединение на разных телефонных линиях может иметь разную скорость передачи данных. Последняя выбирается при синхронизации линии, во время соединения или по специальному сигналу, поступающему от станции.

            SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line — симметричная цифровая абонентская линия). Также как и технология HDSL реализует симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Tl/El. Однако технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, во-вторых, максимальное расстояние передачи 3 км. Технология обеспечивает необходимые для представителей бизнеса преимущества: высокоскоростной доступ в сеть Интернет, организацию многоканальной телефонной связи (технология VoDSL) и т.п. К этому же подсемейству следует отнести и MSDSL (Multi-speed SDSL) технологию, которая позволяет изменять скорость передачи для достижения оптимальной дальности, и наоборот.

SDSL можно охарактеризовать так же как и HDSL. Правда она позволяет пройти меньшее расстояние, чем HDSL, зато можно сэкономить на второй паре. Часто офис пользователя оказывается на расстоянии не более 3 км от точки присутствия оператора, и тогда эта технология имеет явное преимущество по сранению с HDSL по соотношению цена/качество услуги для ее пользователя. Вариант MSDSL позволяет, в случае не очень хорошего состояния кабеля, пройти то же расстояние, но с меньшей скоростью, к тому же полные 2 Мбит/с необходимы не всем клиентам и часто достаточно 256 или даже 128 кбит/с.

           В качестве еще одной модификации SDSL используется оборудование HDSL2, которое представляет собой усовершенствованый вариант HDSL с применением более эффективного линейного кода передачи.

            VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) считается наиболее высокоскоростной технологией xDSL. В  ассиметричном варианте она обеспечивает скорость передачи . бранных «нисходящего» потока от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных «восходящего» потока от 1,6 до 6,4 Мбит/с, а в симметричном варианте от 13 до 26 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 м при скорости в 52 Мбит/с и до 1,5 км при скорости до 13 Мбит/с. Технология VDSL может служить с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по запросу и т.п.

            Сравнительные характеристики технологий индивидуального абонентского доступа приведены в табл. 3.1.

            С помощью технологий xDSL операторы связи могут предоставить полный набор услуг: доступ в сеть Интернет, телевидение, передачу данных, передачу голоса. Передача телевизионного сигнала поверх кабельной инфраструктуры из витых пар начинается с организации на станции аппаратной комнаты для обработки и распределения видеосигнала. Видеосигнал может попадать на станцию как по каналам спутникового телевидения, так и от операторов кабельного ТВ (рис. 3.8).

 

                       

                                  

                                  

 

 

            В аппаратной принятый видеосигнал обрабатывают, т.е. он проходит демодуляцию, дешифрирование, кодирование-декодирование. Затем обработанный сигнал подготавливают для передачи по используемой оператором транспортной среды с достаточной пропускной способностью, например SDH. «Подготавливают» означает, что сигнал переводят в формат MPEG-2. Такая сложная процедура  требует наличия соответствующего оборудования на узле, что может значительно удорожить саму услугу. В некоторых случаях удается получить от поставщики видеосигнал уже в формате MPEG-2, и тогда стоимость услуги снижается. Затем каждый ТВ канал в формате MPEG-2 преобразуется таким образом, что занимает выделенную под него полосу частот и соответственно передается с фиксированной скоростью. Цифровой сигнал попадает в транспортную сеть АТМ, а затем в так называемый DSLAM-концентратор, который размещается на ближайшем к абоненту узле. Далее сигнал по витой паре передается на абонентский модем, где проходит последовательность обратных процедур. Выделяются все переданные телевизионные каналы, а также стандартный телефонный сервис и высокоскоростной доступ к сети передачи данных или Интернет.

            Перед российскими операторами, которые хотят предоставить пользователю максимальный набор услуг, встают следующие проблемы. Во-первых, необходимо обеспечить приемлемую пропускную способность, достаточную для передачи голоса, данных и одного/нескольких ТВ/видео каналов в режиме реального времени для удовлетворения как текущих, так и предполагаемых будущих нужд. Изо всех xDSL технологий только ADSL и VDSL способны предоставить требуемую полосу: ADSL — при ограниченной длине абонентской линии для передачи одного канала ТВ высокой четкости, VDSL — для трех и более. Остальные технологии не позволят решить пропускную способность канала. Однако это не значит, что они хуже, просто они предназначены для решения других задач и с успехом их решают.

            Во-вторых, удаленность пользователя услуг от точки присутствия оператора. Известно, что чем выше пропускная способность канала, тем меньше покрываемое расстояние.         Характерные для каждой из xDSL-технологий расстояния приведены при описании каждой из технологий. Для России это расстояние в 3 — 4 км. Соответственно, технология ADSL может быть использована уже сегодня. Что касается VDSL, то она потребует внесения в сеть некоторых изменений или перенос точки присутствия ближе к потребителю или переход с меди на оптику. Последнее решение, к сожалению, пока достаточно дорогое, а первое невыполнимо по причине отсутствия в домах специально оборудованных помещений для телекоммуникационного оборудования и куда был бы невозможен доступ никому, кроме обслуживающего персонала.

            В-третьих, оператор должен обладать транспортной сетью ATM или IP или, по крайней мере, иметь оборудование со стыками для выхода в одну из, этих сетей. Без этого доставка мегабитных или в недалеком будущем даже гигабитных потоков информации к пользователю просто не возможна.

            В-четвертых, построенная сеть должна быть достаточно надежной. Конечно, удовлетворение данного пункта предполагает дополнительные затраты для оператора, установку резервного оборудования. Но в случае аварии или каких-либо других непредвиденных обстоятельств, клиент ничего не заметит и будет пользоваться услугой, как и прежде.

            В-пятых, необходимо обеспечить соответствующий оплате уровень качестве сервиса, что также предполагает дополнительные средства для установки того или иного типа оборудования.

            Таким образом, каждая технология семейства xDSL-технологий с успехом решает ту задачу, для решения которой она разрабатывалась, две из них — ADSL и VDSL — позволяют операторам телефонной связи предоставлять новые виды сервиса, а существующая телефонная сеть имеет реальные перспективы стать сетью с полным набором услуг. В то же время индивидуальный доступ, реализуемый на основе xDSL технологий (ADSL, G.shdsl, VDSL для абонентских ГТС и IDSL, HDSL, MSDSL для выделенных линий), имеет следующие недостатки:

            — зависимость от параметров качества линий;

            — чувствительность к длине линии;

            — проблемы с перекрестными помехами при росте числа абонентов;

            — высокая стоимость оборудования;

            — высокие затраты на монтаж (требуется кондиционирование абонентских линий и модернизация абонентской проводки);

            — высокие затраты на маркетинг, и, как следствие, высокая абонентская плата. В качестве реакции на перечисленные проблемы производители выдвинули

концепцию коллективного доступа (Multi Tenant/Dwеllitng Unit, MTU/MDU), в основе которой лежит идея приближения точки концентрации трафика к месту скопления действующих и вероятных абонентов (рис. 3.9), или установки концентратора непосредственно в жилых зданиях или офисных комплексах. Этот сектор рынка систем широкополосного абонентского доступа является сегодня самым быстрорастущим и самым инновационным. Оборудование, созданной в рамках концепций коллективного доступа создано и уже более трех лет широко используется, непрерывно совершенствуясь.

            Успех систем коллективного доступа обусловлен широким спектром достоинств при почти полном отсутствии недостатков. К числу уникальных достоинств систем коллективного доступа относятся: низкая стоимость оборудования (благодаря существенному упрощению схемотехники), высокая надежность сетевых решений (ввиду снижения количества оборудования), низкие требования к среде передачи, минимальные затраты на монтаж и эксплуатацию, простота маркетинга (работа ведется с группами пользователей), возможность использования существующей инфраструктуры ГТС, низкая абонентская плата. Среди недостатков же можно отметить лишь тот факт, что полоса пропускания не принадлежит пользователю целиком и, в связи с этим, возможны проблемы с качеством обслуживания QoS. Но сегодня перечисленные недостатки в той или иной мере присущи любым системам доступа. Зато, стремление использовать коллективный способ доступа хорошо мотивировано.

 

 

                                  

 

 

            Для абонента это:

            —желание получить сравнительно скоростной (64 кбит/с...1024 Мбит/с), но недорогой канал;

            — желание иметь постоянное соединение при свободной телефонной линии;

            — угроза введения повременной оплаты телефонной связи.

            Для хозяина здания это:

            — надежный источник постоянных дополнительных доходов (в виде комиссии от операторов связи);

            — повышение привлекательности жилья;

            — хорошо защищенные и эффективные инвестиции в инфраструктуру здания. 

            Для оператора это:

            — существенное уменьшение субъектов бизнес-процесса (проще иметь дело с одним хозяином, чем с 100 абонентами);

            — эксклюзивность, поддержанная заинтересованностью хозяина жилья (выплатой ему комиссии);

            — простота подключения новых абонентов (5 мин при полной подготовке здания, 30 мин при частичной подготовке здания);

            — хорошо защищенные и эффективные инвестиции (плюс перспективы IP-телефонии для междугороднего и международного доступа).

Оборудование для коллективного доступа абонентов также используют xDSL-технологии: SDSL, VDSL, HomePNA, V-thernet для абонентских линий ГТС и HomePNA, V-thernet для выделенных линий (табл. 3.2). Однако существенное отличие оборудования заключается в том, что оно изначально ориентировано на установку в здании, а не на узле связи. Следует сразу отметить, что недоступность абонентских шлейфов не является непреодолимым препятствием— даже при использовании наложенной кабельной сети в здании экономика решения не пострадает при правильном выборе технологии и оборудования.

 

                                  

 

            Среди наиболее известных на российском рынке технологий коллективного доступа сегодня можно выделить лишь 10Base-Т (рис. 3.10), которая за рубежом применяется лишь в офисных комплексах.

            Причина ее успеха в России проста — низкая стоимость оборудования и простота эксплуатации. До недавних пор серьезного конкурента у 10Base-Т по этим параметрам не было.

 

                                  

 

            Ситуация резко изменилась с появлением и развитием HomePNA. Эта технология отвоевывает все большую часть рынка. На ее основе производится целый ряд систем коллективного доступа, успешно используемых сегодня в США и странах Восточной Азии.

Изначально созданная для объединения в локальную сеть компьютеров дома или в малом офисе, HomePNA обладает рядом уникальных свойств. Позволяет работать на скоростях до 10 Мбит/с на расстоянии до 500 м при произвольной топологии среды (точка — точка, звезда, шина, комбинированная). Более того, в качестве среды передачи может использоваться даже провода ТРП (так называемая «лапша»). Именно технология HomePNA и является наиболее перспективной для коллективного доступа, так как решения на основе SDSL/VDSL пока остаются достаточно дорогими.

            Сеть, построенная на оборудовании HPNA, может использовать топологии «звезда» и «шина». В первом случае применяется коммутатор с несколькими портами HPNA и WAN (рис. 3.11). Этот вариант целесообразен при использовании существующей в здании телефонной проводки — коммутатор устанавливается вблизи телефонного кросса здания, подсоединяясь параллельно к телефонным линиям без частотных разделителей. Не требуются разделители и на стороне абонента. При этом каждому абоненту выделяется порт коммутатора и, даже в случае применение HPNA 1.0, абоненту гарантируется широкополосное подключение к сети Интернет (скорости 1 Мбит/с для этого более, чем достаточно). Порт WAN подключается к сети передачи данных оператора любым способом (выделенная линия, ADSL, оптика, радио). Решено такого типа незаменимы, например, для офисных комплексов, гостиниц.

 

                       

 

            В случае топологии «шина» возможен доступ к сети до 32 абонентов HPNA по одному проводу (рис. 3.12). Такое решение представляется единственным выходом, если провайдер не имеет доступа к абонентской линии (а так и бывает, если линия не принадлежит хозяину здания) — проще построить наложенную кабельную сеть, чем договориться с городской сетью. Конечно, в этом случае полоса пропускания будет принадлежать всем абонентам, поэтому без обслуживания абонентского доступа HPNA 2.0 (10 Мбит/с) и ограничения числа абонентов до разумного предела сложно рассчитывать на высокую скорость передачи. Такой сегмент может быть подключен к порту коммутатора или мосту HPNA/Ethernet. Последние, в свою очередь, подключаются к сети передачи данных.

 

                                  

 

 

            При изложенном варианте оборудование HomePNA выигрывает у оборудования доступа Ethernet 10Base-Т, используемого рядом российских провайдеров для организации недорогого доступа в жилом секторе:

            — увеличивается дальность с максимум 90 до минимум 350 м;

            — уменьшается количество оборудования;

            — вместо кабеля Cat5 применяется кабель Cat3 или ТРП;

            — осуществляется переход от топологии «звезда» к топологии «шина»;

            — обеспечивается простота дополнительных подключений.

            Просматривается и еще одно применение технологии HPNA — удлинение Ethernet (рис. 3.13). Рабочая дальность зависит от частотных свойств кабеля. В случае применения кабеля категории 3 или 5, передача данных по HPNA 2.0 возможна на расстояния до 1000 м. Однако эксперименты показали снижение скорости до 5-6 Мбит/с.

            Необходимо задуматься и насчет использования HomePNA для организации передачи данных по сетям проводного вещания (радиотрансляционным сетям).

             Низшее звено таких сетей — абонентская линия имеет топологию «шина» (именно к ней подключаются абонентские громкоговорители).

 

                       

 

            Поскольку оборудование доступа HomePNA имеет хорошо апробированную технологию (xDSL и Ethernet) и ориентирована на рынке на массовое потребление, то организованная сеть на ее основе отличается низкой стоимостью оборудования, инфраструктуры, монтажа, что особенно привлекательно для российского рынка.

Организация доступа для корпоративных пользователей бизнеса. Вначале сфера высокоскоростного корпоративного доступа обеспечивалась с помощью выделенных линий Е1. Однако по соображениям стоимости это решение оказывалось практически мало приемлемым. Поэтому для провайдеров услуг оставалась значительная ниша в виде пользователей среднего и малого бизнеса, а также индивидуальных пользователей. Для данного контингента пользователей оказалось наиболее эффективным новое поколение устройств интегрального доступа NG-IAD (Next Generation IADs) на базе принципа статистического мультиплексирования. Ключевая особенность NG-IAD — обеспечение множества высококачественных телефонных соединений большой протяженности, а также высокоскоростного доступа  сети Интернет и другим сетям данных по единственной традиционной абонентской линии существующей ТфОП решающим преимуществом нового поколения устройств интегрального доступа NG-IAD является то, что оно не требует модернизации существующего телефонного или компьютерного оборудования и сохраняет существующий алгоритм функционального взаимодействия с провайдерам услуг.

            Новое поколение устройств интегрального доступа NG-IAD предоставляет необходимое качество услуг на существующей высокоскоростной цифровой абонентской линии xDSL с использованием протокола АТМ. Технология АТМ «поверх» ADSL (АТМ over ADSL) реализует полномасштабную асинхронную передачу на цифровых абонентских линиях. Протокол АТМ специально предназначен для одновременной передачи по одной линии телефонных разговоров и данных, легко организует множество телефонных разговоров, автоматически приоритезирует телефонный трафик для оптимизации параметров линии доступа. Встроенный механизм автоматического распределения пропускной способности обеспечивает дополнительную пропускную способность для передачи данных, когда телефонная нагрузка снижается, восстанавливая требуемую пропускную способность для телефонии только по мере необходимости. В итоге интегральное оборудование нового поколения обеспечивает интегральный доступ к сетевым услугам пользователей среднего, малого и массового пользователя точно таким также гибко и доступно, как это ранее обеспечивалось для больших корпораций.

            Картина, поясняющая работу нового поколения устройств интегрального доступа, представлена на рис. 3.14.

 

                                  

 

            Интеграция услуг связи с использованием нового поколения устройств доступа NG-IAD имеет множество преимуществ. Провайдеры услуг обладают высокой конкурентной способностью благодаря меньшей текучести пользователей

и достаточно низкой стоимости услуг. В свою очередь, пользователи получают новые услуги связи при существующей инфраструктуре сети доступа через одну точку инсталляции, эксплуатационного обслуживания и поддержки.

            Рассмотрим более подробно наиболее важные преимущества нового поколения NG-IAD.

            Совместимость. Множество портов устройств доступа NG-IAD со стороны пользователя и провайдера услуг совместимы с существующим пользовательским оборудованием таким, как телефонные системы, компьютеры, местные вычислительные сети LAN, МАТС или факс-модемы. Кроме того, новое поколения устройств интегрального доступа обеспечивает свойства прозрачности для таких, например, услуг, как «отложенный звонок» («call waiting»), т.е. когда абонент может прервать текущий разговор и переговорить со вновь вызвавшим абонентом. Интегральные устройства NG-IAD могут эффективно сопрягаться с существующим оборудованием LAN. Модульные порты, обеспечивающие связность LAN, позволяют NG-IAD функционировать в качестве маршрутизаторов или мостов, или могут обеспечить последовательный интерфейс V.35 к существующим LAN. Стандартный порт Ethernet 10BaseТ/100Base ТХ поддерживает информационный протокол маршрутизации RIP, трансляцию сетевого адреса NAT, протокол динамической конфигурации хостов DHCP и услуги сервера доменных имен DNS.

Сетевая сторона NG-IAD может быть подключена к любому из стандартов стороны провайдера сети, включая SDSL, ADSL и T1 или АТМ.

            Надежность. Общее проектирование и философия развертывания нового поколения доступа NG-IAD должны учитывать,. что провайдеры услуг рассматривают эти устройства как интегральную часть телефонной сети. Для поддержания непрерывности услуг предполагается в будущем предусмотреть в устройствах доступа NG-IAD опцию резервирования питания. При наличии такой функциональной возможности резервный источник питания работает автоматически и обеспечивает отсутствие перерыва связи при повреждении основного источника питания.

            Независимые модули обработки речи и данных в NG-IAD обеспечивают максимальную надежность, а также то, что периодические изменения конфигурации услуг данных не влияют на предоставление речевых услуг. Такой способ позволяет, например, исключить влияние реконфигурации маршрутизатора данных NG-IAD на качество предоставляемых речевых услуг.

            Постоянно включенный канал передачи данных («always on») между NG-IAD и речевым шлюзом на местной АТС обеспечивает оптимальное соединение и «бесшовное» взаимодействие с оборудованием провайдера. NG-IAD и речевой шлюз местной АТС непрерывно обмениваются информацией о статусе сети, причем NG-IAD использует эту информацию в качестве аргумента функции динамического распределения пропускной способности между речью и данными.

            Модульность и масштабируемость. Лишь немногие инсталляции являются статическими. Оборудование же, обеспечивающее качественное обслуживание 6пзпеса, должно быть масштабируемым, чтобы удовлетворять растущие требования пользователей и провайдеров услуг. Программное и аппаратное обеспечение NG-IAD позволяют корректировать пропускную способность соединения в соответствии с требованиями пользователя. Модернизируя модульные порты NG-IAD, можно расширить число телефонных портов пользовательской стороны для речи, факсов и других телефонных соединений, давая пользователю стартовую возможность, начиная, например, с четырех портов, и расширяя далее эту возможность максимально до 24 аналоговых портов FXS ступенями по четыре порта.

            На стороне провайдера услуг масштабируемость соединений рассчитана для поддержки различных вариантов xDSL, а также других услуг, таких как АТМ при Е1.

            Кодек каждого речевого канала на стороне пользователя позволяет NG-IAD преобразовать речевые сигналы в ячейки АТМ, используя уровень адаптации АТМ AAL2. Чтобы обеспечить традиционную ситуацию телефонного разговора неизменной для пользователя при наличии NG-IAD, сигнальная информация также встраивается» в поток ячеек АТМ для индикации таких состояний телефонного соединения, как снятие телефонной трубки или посылка вызова. Кроме того, в NG-IAD предусмотрены возможности высококачественных телефонных разговоров на большие расстояния (т.е. междугородных и международных) для всех подерживаемых линий; NG-IAD обладают также свойствами прозрачности, такими как «call waiting» и идентификатора номера вызывающего абонента («caller ID»).

            Для трафика данных новое поколение устройств NG-IAD обеспечивает полный набор функций маршрутизации и управления адресами IP, а также обеспечивает шлюз в точке присутствия (PoP) провайдера услуг ISP или корпоративной

            NG-IAD преобразует пакеты IP в поток ячеек АТМ, используя уровень адаптации АТМ ААL5.

             Гибкость. Устройство NG-IAD может быть размещено в месте установки оборудования пользователя (Customer Located Equipment, СРЕ) или в помещении оборудования пользователя (CPE). Это позволяет размещать устройства NG-IAD в соответствии с предпочтениями провайдеров услуг и требованиями рынка. Традиционные интегральные устройства доступа IAD используют статическое распределение пропускной способности, которая резервируется для соединения даже тогда, когда по соединению не передается трафик, т.е. оно неактивно.

            Ключевой особенностью нового поколения NG-IAD является несравненно более эффективное динамическое распределение пропускной способности, когда последняя используется постоянно. Результатом такого метода использования пропускной способности является расширенная полоса передачи данных при малой речевом трафике без потери качества передачи последнего.

            NG-IAD выполняет динамическое распределение пропускной способности на основе метода АТМ, который имеет высокие параметры соединения, осуществляющего передачу большого числа телефонных разговоров одновременно с трафиком данных. Уровень адаптации ААL2 АТМ особенно оптимален для этого случая, мультиплексируя множество телефонных разговоров в одно виртуальной канальное соединение.

            Методы ИКМ и АДИКМ для передачи речи обеспечивают гибкость оплаты услуг как NG-IAD, так и предлагаемых ими речевых предложений. Способ ИКМ обеспечивает более простой способ преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму, но требует большей пропускной способности вследствие отсутствия компрессии. Предполагаемый в будущем переход на АДИКМ увеличивает вдвое плотность речевых портов при той же пропускной способности, но требует более сложной обработки сигнала.

            Управляемость. Широкие возможности местных и удаленных интегральных устройств абонентского доступа NG-IAD обеспечивают быстроту инсталляции, гибкость конфигурации и эффективность управления.

            Местное управление может быть организовано через выделенный последовательный порт, порт Ethernet или через интерфейс данных стороны пользователя. Удаленный интерфейс может быть организован через выделенное виртуальное соединение VСС или виртуальное соединение VСС, используемое одновременно для передачи данных. Полная функциональность протокола управления SNMP требуется при интеграции с существующим устройствами и сетевыми центрами управления (Network Operation Centers, NOCs). Причем соответствующие базы данных должны включать три уровня сетевого управления (физический, или уровень управления xDSL, транспортный АТМ и прикладной IP). NG-IAD-доступ должен также включать поддержку доступа через Telnet, Web-браузер, или протокол передачи файлов (FTP).

            Специальные права могут быть выделены для местного и удаленного пользователей. Например, различные уровни доступа могут быть атрибутами администраторов местных помещений пользователя и операторами сетевых центров управления NOCs в зависимости от того, используются эти устройства как СРЕ или СLЕ (Customer Located Equipment).

            Указанные преимущества устройств абонентского доступа NG-IAD для участников телекоммуникационного процесса представлены в виде табл. 3.3.

 

 

                       

 

 

         3.7. Базовые структуры корпоративной сети

          регионального оператора связи

 

            В [5,6] предлагается следующая процедура проектирования корпоративной сети: — разработка базовых структур (сетевых шаблонов) на основе понятий малого, среднего и крупного регионального оператора связи, который определяет размер сети и соответствующую вычислительную и сетевую инфраструктуру;

            — построение корпоративной сети регионального оператора путем привязки шаблона к специальным условиям и требованиям оператора по расширяемости, масштабируемости, управляемости;

            — определение существующей и планируемой нагрузки как со стороны сотрудников оператора, так и иных потребителей для оценки вычислительной мощности сети и пропускной способности каналов передачи;

             — расчет технических и экономических показателей качества функционирования инфраструктуры полученного варианта корпоративной сети — вероятностно-временных характеристик, надежности, экономических показателей работы оператора;

            — сравнение рассчитанных показателей с допустимыми и в случае неблагоприятных отклонений проведение перепроектирования.

            Рассмотрим следующие сетевые шаблоны [6]:

            — базовая структура информационно-транспортной сети малого предприятия связи (рис. 3.15);

            — базовая структура информационно-транспортной сети среднего предприятия связи (рис. 3.16);

— базовая структура информационно-транспортной сети крупного предприятия связи (рис. 3.17).

            Базовая топологическая структура (сетевой шаблон) информационно-транспортной сети для сети малого предприятия (оператора связи) включает городскую и областную сети. Основу информационной сети (ИС) составляет центральный (ЦУ) и четыре дополнительных (ДУ) узла. В центре информационной сети строится АТМ по топологии «облако», через него связываются между собой ЦУ и ДУ.

            Для ИС выделяются отдельные канальные интервалы цифровых потоков. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) центрального узла содержит 40 рабочих мест (РМ) и 3 сервера. Помимо этого существует еще одна ЛВС подразделения оператора связи на 30 РМ, расположенная на дополнительном узле информационной сети. 15 отделений электросвязи (ОЭС) равномерно подключаются к узлам ИС двухпроводными абонентскими линиями. В каждом ОЭС содержится по одному-двум РМ.

            На сети также расположен сервис-центр, содержащий 6 — 8 РМ, объединенных локальной сетью. Расстояние между ОЭС, сервис-центром и узлами ИС нс превышает 4 км. По области расположены 15 районных узлов электросвязи (РУЭС), подключенных по радиальной схеме к областному центру каналами тональной частоты (ТЧ). При этом 10 РУЭС имеют по 5 РМ, а 5 — по 2.

            Для построения информационной сети малого оператора в качестве опорной сети используются существующие каналы STM-1, Е1, nx64 кбит/с и ТЧ. Центральный узел связан с дополнительными каналами STM-1, организованными с использованием ВОЛС.

Имеются также связи между дополнительными узлами на основе каналов E1, которые обеспечивают отказоустойчивость информационной сети. На ЦУ также устанавливается сервер удаленного доступа для концентрации ТЧ каналов, приходящих из РУЭС.

                       

                                  

 

 

                                  

 

 

                                  

 

            Предполагается, что в пределах города все абоненты смогут получить доступ к информационной сети по физическим линиям, а абоненты из области — по каналам ТЧ.

В качестве основной технологии для организации удаленного доступа по физическим линиям предлагается использовать технологию xDSL, а для передачи данных — АТМ. При этом обеспечивается поддержка протоколов Frame Relay и Х.25. Это сделано для того, чтобы обеспечить подключение к информационной сети абонентов существующих сетей Х.25.

Чтобы поддерживать протоколы более высокого уровня, такие как IP, и предоставлять абонентам услуги по доступу в сеть Интернет, на центральном и всех дополнительных узлах устанавливаются маршрутизаторы. Они должны поддерживать протоколы маршрутизации RIP и OSPF. Маршрутизатор центрального узла, кроме этого должен поддерживать протокол BGP. Через маршрутизаторы также осуществляется подключение ЛВС центрального и дополнительных узлов, сервис-центра.

            Базовая топологическая структура (сетевой шаблон) информационно-транспортной сети для среднего оператора связи включает городскую и областную сети. Численность обслуживаемого населения от 800 до 1000 тыс. человек. Емкость сети — до 200 тыс. номеров. Основу информационной сети составляет центральный и 6-7 дополнительных узлов. Транспортная сеть имеет свободные ресурсы в виде 2-3 цифровых потоков E1, а также четырех оптических волокон.

 

 

ЛВС центрального узла содержит 100 РМ и 5-6 серверов; ЛВС основных функциональных подразделений оператора располагаются на трех узлах информационной сети, содержат по 40 — 50 РМ и 1-2 сервера. К сети подключаются 25 ОЭС, включающие 1-2 РМ и три сервис-центра с локальными сетями на 6-8 РМ. В области помимо областного центра находятся город областного подчинения и 25 районных центров. В городе расположен городской узел электросвязи (ГУЭС). Основными параметрами сети являются: численность населения 200 тыс. чел емкость 50 — 60 тыс. номеров; ЛВС ЦУ содержит 30 РМ и 2 сервера; помимо ЦУ на сети имеются три дополнительных узла; 10 ОЭС.

            ГУЭС подключен к областному центру цифровым потоком E1, в котором существуют свободные ресурсы в виде нескольких канальных интервалов (Fractional E1). 15 РУЭС по 5 РМ подключены к областному центру цифровыми потоками (FE1), а 10 по 2 РМ — каналами ТV.

            Все узлы подключаются к областному центру по радиальной схеме (см. рис. 3.16).

            Для построения информационной сети среднего оператора в качестве опорной сети используются ВОЛС (темное волокно) с пропускной способностью

ОС-3с/STM-1с или ОС-12с/SТМ-4с. Для связи с вышестоящими узлами применяются каналы ОС-48с/SТМ-16с или ОС-12с/STM-4с, организованные на свободных оптических волокнах. Опорная сеть имеет топологию «кольцо». Центральный узел информационной сети связан с дополнительными узлами цифровыми потоками ОС-3c/STM-1с или ОС-12с/STM-4с.     Имеются также связи между дополнительными узлами на основе потоков ОС-3с/STM-1с или ОС-12с/STM-4с. Данная топологи обеспечивает отказоустойчивость информационной сети. На центральном узле также устанавливается сервер удаленного доступа для концентрации ТV-каналов, приходящих из РУЭС.

            Город областного подчинения и часть районных отделений электросвязи подключаются к центральному узлу по каналам nx64 кбит/с. Предполагается, что в пределах города все абоненты смогут получить доступ к информационной сети по физическим линиям. В качестве основной технологии для организации «последней мили» до абонентов предлагается использовать технологию XDSL, а для данных — АТМ. В данном случае основное отличие заключается в числе каналов и скорости связи с операторами верхнего уровня, для чего предлагается использовать АТМ по каналам ОС-48с/STM- 16 с или ОС-12с/SТМ-4с. Также обеспечивается возможность подключения абонентов сетей Х.25 и Frame Relay по технологии Frame Relay to АТМ Interworking.

            На центральном и дополнительных узлах помимо АТМ-коммутатора устанавливается сервер доступа по каналам ТV и концентраторы доступа по каналам xDSL. К этим концентраторам по физическим линиям с использованием технологии xDSL подключаются абоненты к сети как по АТМ, Frame Relay, так и по IP.

            Чтобы поддерживать протоколы более высокого уровня (такие как IP) и пре-

доставлять абонентам услуги по доступу в сеть Интернет, на центральном и на некоторых дополнительных узлах устанавливаются маршрутизаторы, поддерживающие протоколы маршрутизации RIP и OSPF. Основной маршрутизатор центрального узла, кроме этих протоколов, должен также поддерживать протокол BGP.

            В отличие от малого предприятия связи на ЦУ среднего предприятия используются два маршрутизатора. Основной осуществляет всю маршрутизацию IP-трафика информационной сети, а через добавочный подключается ЛВС центрального узла.

            Базовая топологическая структура (сетевой шаблон) информационно-транспортной сети для крупного предприятия (оператора) связи включает городскую и областную сети. Численность обслуживаемого населения — 1500 тыс. человек и более. Емкость сети — 300 тыс. номеров и выше. Основу информационной сети составляют ЦУ и 12 ДУ. Транспортная сеть имеет свободные ресурсы в виде 3-4 цифровых потоков E1 системы SDH, а также свободные оптические волокна в существующем оптическом кабеле. ЛВС центрального узла содержит 200 РМ и 6-7 серверов. ЛВС функциональных подразделений оператора располагаются не пяти дополнительных узлах ИС. Данные ЛВС содержат по 40 — 50 РМ и 1-2 сервера. К сети подключаются 40 ОЭС и 10 сервис-центров. В области помимо областного центра находятся 3 города областного подчинения и 35 районных центров, Сети городов областного подчинения аналогичны сетям среднего оператора. 20РУЭС по 5 РМ подключены к областному центру цифровыми потоками, а 15 РУЭС по 2 РМ — каналами ТV.

            В качестве опорной сети для построения ИС крупного предприятия (оператора) связи используются ВОЛС. Центральный узел соединен с дополнительными по ВОЛС. При этом каждый из ДУ должен быть связан как минимум с двумя другими дополнительными узлами или с одним из ДУ и ЦУ. Отделения электросвязи и сервис-центры подключены к центральному или дополнительным узлам потоками E1. Города областного подчинения и часть районных отделений электросвязи подключены потоками Е3, E1 или nx64 кбит/с. Оставшиеся районные отделения электросвязи подключаются по каналам ТV. В центре информационной сети крупного оператора связи строится АТМ по топологии «облако», через него связываются между собой ЦУ и ДУ.

            Отделения электросвязи подключаются с использованием технологий ADSL или HDSL тем же способом, что и обычные удаленные абоненты.

            ЛВС центрального узла крупного предприятия (оператора) связи отличается от ЛВС среднего предприятия (оператора) связи только наличием маршрутизирующего коммутатора, который может осуществлять маршрутизацию между различными виртуальными подсетями.

            Используемые технологии построения ЛВС операторов связи. Для построения ЛВС узлов операторов связи всех уровней в данном проекте предлагается применять различные модификации технологии Ethernet. Последние используются в большинстве развернутых ЛВС как в России, так и во всем мире. Данное семейство позволяет строить ЛВС, которые могут работать со скоростями от 10 Мбит/с (10Вазе-Т, 10Base-FL) до 1 Убит/с (1000BASE-SX, 1000BASE-LX/LH, 1000ВАЯ:-СХ). Решения на основе Ethernet обеспечивают намного лучшее соотношение цена/производительность, чем на основе конкурирующих технологий, таких как FDDI и АТМ.

            Технология FDDI, которая раньше активно использовалась для построения магистральных каналов в крупных ЛВС, на сегодняшний день при небольшой разнице в ценах значительно уступает по скоростным характеристикам технологии Gigabit Ethernet.

Что касается технологии АТМ, то решения для ЛВС на основе магистральных каналов АТМ, сравнимые по скорости с решения на базе Gigabit Ethernet, стоят в несколько раз дороже. АТМ целесообразно использовать только в том случае, если по ЛВС предполагается передавать не только данные, но и звуковую и видеонагрузку. Так как в большинстве случаев от ЛВС этого не требуется, то применение АТМ здесь нецелесообразно.

            Защита ЛВС от несанкционированного доступа. Для предотвращения не- санкционированного доступа к информации в ЛВС необходим комплекс мероприятий, к которым не только административные меры, но и внедрения программно-технических решений.

            Административные меры должны быть направлены главным образом на не- допущение несанкционированного физического подключения к ЛВС. Сюда входят:

            — ограничение доступа к оборудованию;

            — предотвращение установки абонентами на рабочих местах модемов или других устройств удаленного доступа.

            Программно-технические мероприятия направлены на предотвращение не- санкционированного доступа к ЛВС со стороны информационной сети и ограничение распространения компьютерных вирусов.

            Для защиты от несанкционированного доступа к ЛВС из информационной сети оператора связи в проекте предусмотрена установка межсетевых экранов. Они обеспечат фильтрацию всего проходящего через них трафика в соответствии с набором правил, с помощью которых можно четко определить, кто и к каким ресурсам ЛВС имеет доступ.

            Все серверы, доступ к ресурсам которых может осуществляться как

из ЛВС, так и из внешней по отношению к ЛВС сети, например WWW или Mail сервера, должны быть подключены на отдельные Ethernet-каналы межсетевого экрана.

 

         3.8. Организация узла связи

 

            Организация узла IP-телефонии. Узел связи IP-телефонии, основанной на стандарте Н.323, состоит из:

            1) IP-шлюза Н.323;

            2) модуль администратора сети Н.323 (GateKeeper);

            3) системы билинга.

            Шлюз Н.323 представляет собой шлюз, стоящий между ТфОП и сетью Н.323 с коммутацией пакетов. Обеспечивает стандартные интерфейсы для связи с ТфОП, обрабатывает голосовые и факсимильные сигналы с помощью кодирующих/декодирующих устройств (CODEC), преобразуя формат систем ком-1 мутации каналов в формат систем коммутации пакетов и обратно. Он работает с администратором сети по протоколу Registration Admission Status (RAS) и маршрутизирует вызовы, обеспечивает прием и передачу голосовых пакетов по заданному маршруту (в сети ТфОП или IP).

            В качестве IP-шлюза может использоваться сервер доступа с установленными на нем картой голос/факс и картой интерфейса E1, шлюз удаленного доступа, поддерживающий одновременно коммутируемый доступ и передачу голоси «поверх» IP (VoIP), маршрутизатор.

            Модуль администратора сети Н323 (GateKeeper) является программным приложением; служит для поддержки протокола регистрации, допуска и статуса— Н.323 Registration, Admissions, and Status (или RAS) и работу с системой биллинга Повышает возможности масштабирования сети за счет централизации данных о маршрутизации и планах нумерации, что облегчает процессы модификации и расширения сети. Решает вопросы адресации и находит IP-адрес шлюза, указанного я конфигурации для вызываемого номера. Он также управляет полосой пропускания и качеством обслуживания (QoS). Каждый модуль имеет свою зону административного контроля, в пределах которой он управляет множеством шлюзов. Зоны контроля, как правило, соответствуют границам географических районов.

            Программное приложение модуля администратора сети может быть реализован на отдельном компьютере или маршрутизаторе.

            Система биллинга обеспечивает аутентификацию, авторизацию и учет звонков абонентов, создание планов нумерации, система взаиморасчетов, ведение базы данных. Система биллинга использует серверы биллинга и серверы RADIUS,

Серверы биллинга необходимы для выставления счетов на повременной основе. Серверы RADIUS выполняют функции, необходимые для идентификации, авторизации и учета. Для поддержки перечисленных функций Интернет-провайдеры могут использовать имеющиеся у них серверы RADIUS. Сервер RADIUS собирает и сохраняет данные о вызовах, которые поступают от шлюзов VoIP. Серверы биллинга собирают эти данные с серверов RADIUS и обрабатывают их помощью специальных биллинговых приложений. Счета рассылаются абонентам через сеть Интернет или по почте в зависимости от модели обслуживания, принятой у того или иного провайдера.

            На рис. 3.18 показана схема узла IP-телефонии с перечисленными выше компонентами IP-телефонии. Отметим, что в узле связи располагается и другое оборудование не показанное на рис. 3.18, например, коммутатор для объединения всех компонентов узла в единую локальную сеть, маршрутизатор для сопряжения с магистральной сетью (сетью поставщика Интернет-услуг) и др.

 

                       

 

            Рассмотрим пример работы узла связи IP-телефонии (см. рис. 3.18).

            Абонент 1 снимает телефонную трубку и набирает местный телефонный номер IF-шлюза 1. Устанавливается соединение по ТфОП с IP-шлюзом. Система в автоматическом режиме организует диалог и запрашивает идентификатор пользователя (PIN код) и телефонный номер абонента 2. После ввода информация передается на модуль администратора сети, который во взаимодействии с системой биллинга проводит идентификацию абонента, определяет ближайший IP-шлюз 2 вызываемого абонента (маршрутизация), сообщает системе биллинга о начале и свершении разговора. Система биллинга определяет учет входящих и исходящих звонков, разрешенную продолжительность разговора, права доступа абонент и проводит взаиморасчеты. После этого информация поступает на IP-шлюз 1, который соединяется с IP-шлюзом 2. IP-шлюз 2 устанавливает соединение по ЦОП. Соединение IP-шлюзов осуществляется по IP-сети (Интернет) с использованием протокола Н.323.

            Организация узла предоставления Интернет-услуг. Узел, предоставляющий      Интернет услуги, включает:

            — центральный маршрутизатор;

            — серверы доступа;

            — серверы VoIP;

            — кэш-сервер;

            — межсетевой экран;

             — служебные серверы.

            Центральный маршрутизатор — главный компонент узла сети Интернет— обеспечивает следующие функции:

            — связь с провайдерами Интернет более высокого уровня и/или связь с точкой обмена Интернет-трафиком;

            — передачу трафика между различными компонентами узла;

            — фильтрацию трафика и отражение атак на узел на первичном уровне;

            — регулировку полосы пропускания между клиентами узла и серверами приложений;

            — регулировку полосы пропускания между серверами приложений, Web-hosting серверами и сетью Интернет;

            — перенаправление HTTP-трафика в кэш-сервер.

            Серверы доступа являются основными компонентами узла, ответственными за базовые услуги доступа в сеть Интернет. В них агрегируются потоки трафика от пользователей коммутируемого доступа, также с их помощью подключаются клиенты, использующие выделенные линии для доступа в сеть Интернет.

            Серверы VoIP обеспечивают функционирование дополнительной услуги Интернет-телефонии.

            Кэш-сервер занимаются кэшированием содержимого Web-серверов. Использование кэш-серверов преследует две основные цели:

            — улучшение производительности: снижение нагрузки на каналы провайдера, используемые для выхода в Интернет и уменьшение времени ожидания загрузки страниц для клиентов провайдера;

            — сокращение затрат: размер трафика на канал в Интернет после установки кэш-серверов уменьшится, что приведет к снижению платежей за передачу информации по этим каналам.

            Межсетевой экран обеспечивает защиту служебных серверов и офисной сети, обеспечивает безопасность возможных атак из офисной сети, направленных ни узел телекоммуникационных услуг.

            Служебные серверы — серверы автоматизированной системы расчетов, сервер диспетчера шлюзов VoIP, RADIUS-серверы.

На рис. 3.19 приведена логическая структура узла предоставления Интернет услуг, предложенная фирмой Lucent Technologies.

 

                                  

 

            Организация виртуальной сети. Технологии виртуальной «частной» сети (Virtual Private Network, VPN, или в русском варианте — ВЧС) обеспечивают взаимодействие между удаленными филиалами через IP-сеть с гарантированным уровнем обеспечения целостности и защищенности передаваемых данных.

            Для организации ВЧС могут использоваться следующие программные продукты:

            — клиентское программное обеспечение IPSec Client;

            — маршрутизаторы ВЧС;

            — шлюзы и межсетевые экраны ВЧС;

            — системы централизованного управления правилами, облегчающие процесс настройки и предоставляющие пользователю расширенный контроль над сервисными функциями виртуальной частной сети;

            — сервисные функции ВЧС.

            Клиентское программное обеспечение IPSec Client отвечает за аутентификацию пользователя и выполнение правил безопасности. Правила могут разрешать или запрещать установление соединений, определять соединения, которые должны шифроваться с передачей по защищенному каналу или разрушать передачу открытым текстом. Программный клиент IPSec Client — эх мощное, доступное решение ВЧС, которое может использоваться на мобильных, удаленных и офисных компьютерах. IPSec Client включает средства шифрования и аутентификации, а также поддерживает аутентификационные система RADIUS.

            Маршрутизаторы ВЧС предназначены для региональных офисов и усиленных сотрудников, для установки у клиентов или партнеров. Имеют встроенный межсетевой экран, обеспечивают доступ в сеть (IP, Frame Relay, АТМ), маршрутизацию, туннелирование и шифрование по протоколу IPSec и аутентификацию.

            Шлюзы ВЧС включают межсетевой экран, встроенные средства аутентификации и контроля доступа, средства аппаратного шифрования данных для усиленных абонентов.

            Сервер управления безопасностью — средство централизованного обеспечения безопасности для предприятий, создающих крупномасштабные ВЧС усиленного доступа. Управляет шлюзами ВЧС, маршрутизаторами ВЧС, клиентами IPSec. Взаимодействует с серверами аутентификации пользователей RADIUS. Отвечает за обработку открытых ключей и цифровых сертификатов Х.509. Предусматривает широкие возможности аудита, регистрации и аварийной сигнализации. Усиление защиты может быть достигнуто за счет встроенной системы обнаружения атак.

            На рис. 3.20 показана принципиальная схема построения виртуальной част- ной сети рассмотренными выше средствами.

            Организация узла магистральной сети АТМ. Возможный вариант структуры узла магистральной сети АТМ на рис. 3.21.

            Узел смонтирован в здании АМТС или АТС, поскольку здесь находятся основные коммуникационные центры и магистральные каналы. Кроме того, подобное размещение оборудования позволяет решить проблему гарантированного электропитания.

            В качестве транспортной среды для соединения узлов могут быть использованы незадействованные оптические волокна в существующем оптическом кабеле. В этом случае оборудование АТМ использует оптические стыки SDH, обеспечивающие интервал переприема до 60 км.

            Расчетный центр подключается к узлу потоками E1.

 

                                  

 

                                  

 

 

            Для подключения удаленных и коммерческих пользователей используются телефонные коммутируемые соединения и цифровые абонентские линии (ISDN и xDSL). Устройства цифрового доступа устанавливаются на обоих концах линии (у пользователя и на АТС) и позволяют на обычной медной паре добиться высокой пропускной способности. Наиболее динамично развивающейся технологией из семейства х0Я является технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop). Мультиплексор доступа (DSLAM) на станции и DSL-модем у клиента взаимодействуют следующим образом. В проводе организуются три канала: аналоговый тональной частоты (телефон), среднескоростной канал обратной связи (до 1 Мбит/с) и высокоскоростной канал (до 8 Мбит/с). Чтобы исключить помехи на телефонном канале, спектры высокоскоростных каналов ограничиваются снизу с помощью разделителя (так называемого сплиттера). Как уже отмечалось выше, технологии АDSL имеет преимущество, которое особенно важно для клиентов.

            В отличие от коммутируемого доступа, при котором линия занята либо связью с Интернет, либо телефонным разговором, технология ADSL позволяет одновременно говорить по телефону и обмениваться данными. Для подключению удаленных и коммерческих клиентов могут быть также использованы цифровые абонентские линии ISDN (со скоростью передачи 192 кбит/с для базового доступа BRI и 2048 кбит/с для первичного доступа PRI), HDSL (со скоростью передачи 2048 кбит/с, для передачи используются две или три кабельных пары) и SDSL (со скоростью передачи до 2 Мбит/с, для передачи используется одни кабельная пара).

            Для предоставления услуг по построению наложенных корпоративных сетей коммерческих клиентов коммутаторы АТМ комплектуются модулями передачи данных с интерфейсами V.35 и Е1. Порты V.35 используются для подключения IP-шлюзов провайдеров IP-телефонии, порты E1 — для передачи телефонного трафика наложенной корпоративной сети, например ведомственной телефонной сети. Наложенная Frame Relay сеть строится с привлечением клиентских устройств доступа к сети Frame Relay (FRAD). Устройства FRAD подключаются к АТМ-коммутатору следующими способами:

            — по физическим линиям через соответствующие модемы по интерфейсу V.35;

            — по E1 каналам-SDH. Клиентский FRAD подключается к терминальному мультиплексору и через канал Е1 — к коммутатору АТМ. Для предоставления коммерческим пользователям коммутируемого доступа к услугам в сети Интернет на узле установлены маршрутизатор доступа, сервер доступа и аутентификационный сервер.

            Для предоставления услуг IP-телефонии установлен IP-шлюз; для защиты от несанкционированного доступа к информационным ресурсам узла имеется межсетевой экран.

ля предоставления VPN-услуг коммутатор АТМ и центральный маршрутитор узла поддерживают протокол MPLS, а маршрутизатор доступа в сеть Интернет поддерживает протоколы IPSec. Для управления оборудованием региональной мультисервисной сети предусмотрена система управления сетью NMS, учитывающая особенности оборудования сети. Управление оборудованием осуществляется по протоколу SNMP. Станция управления MNS располагается в центре управления сетью, который может быть организован непосредственно на узле.

 

         3.9. Построение системы синхронизации

           

            Работу цифровой сети обеспечивают три системы поддержки: система синхронизации, система сигнализации и система управления сетью. При этом работа системы синхронизации также обеспечивает работу системы сигнализации и системы управления сетью. В технологии асинхронного режима передачи (АТМ) ячейки мультиплексируются методом асинхронного мультиплексирования, т.е. по мере поступления : ячеек. При передачи ячейки занимают свободные временные интервалы синхронной системы передачи. Здесь кроется некоторый парадокс АТМ: эта технология обеспечивает асинхронное мультиплексирование данных, но требует их синхронной передачи. Таким образом, с точки зрения системы передачи, сеть АТМ должна работать синхронно, и для нее актуальны все вопросы тактовой .синхронизации. Для описания системы тактовой синхронизации АТМ-сети использовались источники [7, 40, 48, 74, 93 — 96]. Тактовая система синхронизации (ТСС)

в АТМ-сети основывается на базовой ТСС ОАО «Ростелеком». Для достижения максимальной надежности может быть задействовано несколько внешних источников — первичных или вторичных. Вторичный задающий генератор (ВЗГ) работает в режиме принудительной синхронизации; он синхронизируется от первичного эталонного генератора (ПЭГ) базовой ТСС соответствующего района и обеспечивает синхронизацию коммутаторов АТМ.

            ПЭГ обеспечивает точность установки и поддержания тактовой частоты не хуже

1·10-11  поэтому АТМ-сеть может взаимодействовать с любыми сетями в псевдосинхронном режиме. Этот режим имеет место: 1) когда на цифровой сети независимо друг от друга работают два или несколько источников, точность установки частот которых не хуже 1 ∙10 -11; 2) при соединении двух синхронных сетей, внешние источники которых имеют точность не хуже 1· 10 -11. Таким образом, для обеспечения качественного взаимодействия АТМ-сети с другими сетями используется синхронизация от внешних источников — основная стратегия синхронизации АТМ-сети. Точкой присоединения АТМ-сети К базовой ТСС ОАО «Ростелеком» может быть мультиплексор SDH. В качестве переносчиков синхроинформации используются линейные STM-N (N=1, 4, 16, 64) сигналы, которые не подвержены согласованию указателей, а также линейные сигналы первичных групп Е1 PDH. Первичные группы E1, переданные через SDH, для синхронизации использоваться не должны из-за возможного смещения указателей.

            Построение ТСС сети АТМ включает следующее: — построение схемы межузловой синхронизации с указанием основных и резервных путей;

            — задание для каждого коммутатора АТМ возможных режимов синхронизации;

            — указание способа синхронизации при взаимодействии сети АТМ с телефонными сетями.

            Схема межузловой синхронизации должна иметь топологию без «петель» и обеспечивать минимальное число переприемов от внешних источников до у щипов (коммутаторов АТМ). При наличии «петли» возникает положительная обратная связь, усиливающая отклонения от номинальных значений параметров стабильности синхронизации, что в конечном итоге приводит к деградации участки системы синхронизации. При удлинении цепочек синхронизации ухудшаются параметры синхросигналов, поэтому через n (n < 20) промежуточных генераторов сетевых элементов должны устанавливаться ВЗГ для повышения качестве синхронизации.

            Так как современные АТМ-сети нельзя назвать разветвленными, то при построении графа межузловой синхронизации можно исходить из интуитивного опыта. Так, сеть на рис. 3.22 имеет несложную древовидно-кольцевую топологию и один ВЗГ. Это позволяет построить граф синхронизации без привлечения каких-либо методов построения графов.

При усложнении топологии сети интуитивный подход оказывается неэффективным. Такой подход используется в методе линеаризации графа синхронизации, который может быть полезным для поиска «петель» в системе синхронизации. Основная цель метода — преобразование графа синхронизации из разветвленного в линейный, в результате чего «петли» в системе синхронизации могут быть обнаружены визуально. В качестве автоматизированных методов построения графа синхронизации можно использовать алгоритмы по-

 

                                              

 

строения топологии остовного дерева Крускала, Прима — Дейкстра или Эссау - Вильямса. Перечисленные алгоритмы являются эвристическими итерационными алгоритмами.

            «Петли» могут появиться при возникновении сбоя на одном или нескольких участках, поэтому для корректной эксплуатации сети необходим мониторинг режиме реального времени. В АТМ-сети предусмотрены механизмы встроенной диагностики для анализа неисправностей, контроля связности и качества. Для системы синхронизации наиболее важен механизм встроенной диагностики дли анализа неисправностей. Сигналы неисправностей передаются в виде потока служебных ячеек, которые генерируются устройствами АТМ и вставляются в общий поток ячеек. Эти служебные ячейки указывают на неисправность в прямом (сигнал AIS) и обратном (сигнал RDI) направлениях. Данные сигналы учитываются коммутатором АТМ при автоматическом выборе режима синхронизации.

Магистральные коммутаторы АТМ выполняют следующие функции:

             — организация АТМ-магистрали;

             — передача различных видов трафика между устройствами доступа к АТМ;

            — управление качеством обслуживания;

            — предоставление удаленного доступа к управлению оборудованием;

            — синхронизация устройств между собой и с сетями общего пользования.

          Рассмотрим функцию синхронизации на примере коммутатора Passport 7480 фирмы Nortel Networks. Режимы синхронизации коммутатора Passport 7480 показаны на рис.3.23. Коммутаторы других фирм-производителей оборудования АТМ, в частности коммутаторы ASX-200ВХ и ASX-1000 компании Роге Systems, выполняют функцию синхронизации аналогично. Коммутаторы АТМ поддерживают передачу синхронизации при соединениях через порты АТМ STM-1, АТМ STM-4с, CES E1. Синхронизацию от ВЗГ по сигналу E1 (2048 кбит/с) реализует модуль СТС-PLUS/3D. Магистральные коммутаторы имеют в модуле центрального процессора генератор Stratum 3 (4,6 10-6 ), синхросигнал от которого доступен всем интерфейсным модулям коммутатора и используется для сопровождения работы интерфейсных модулей.

            Для синхронизации передающих портов интерфейсных модулей существует тpи режима:

            — module (используется синхросигнал от генератора Stratum 3);

            — line (используется принятый синхросигнал от линии связи);

            — local (используется синхросигнал от генератора интерфейсного модуля Stratum 4 (3,2 10 -5)).

            Режимы синхронизации портов и самого генератора Stratum 3 задаются программно. Для обеспечения максимальной надежности для синхронизации всех интерфейсных модулей может быть выбран режим «module», когда передающие порты синхронизируются от центрального генератора Stratum 3.

 

                                  

 

            Для синхронизации самого генератора Stratum 3 коммутатора задано три режима синхронизации:

            — от основного источника;

            — от альтернативного источника;

            — свободный режим.

           Режимы синхронизации генератора перечислены в порядке уменьшения приоритета. Переключение режимов основано на методе приоритетных таблиц. В каждый момент действует только один из режимов. Режим выбирается автоматически и зависит от наличия сигнала на соответствующем входе (целостности физических линий) и приоритетов режимов. Сигнал с наивысшим приоритетом выбирается в качестве основного для синхронизации генератора, а остальные находятся в режиме ожидания. Переход на менее приоритетный режим осуществляется автоматически, если отсутствует сигнал от более приоритетного источника, и появляется сигнал неисправности LОС (потеря связности виртуального соединения) или AIS (сигнал неисправности уровня виртуального пути или виртуального канала). Переключение на источник с более высоким приоритетом происходит, как только он становится доступным.

            На рис. 3.24 показаны возможные режимы синхронизации коммутаторов АТМ для сети древовидно-кольцевой структуры.

 

                                              

 

            Рассмотрим переключение режимов синхронизации при нарушении целостности тракта АВ. В этом случае коммутатор В, обнаружив обрыв кабеля (сигнал LOS), переходит на синхронизацию от альтернативного источника и передает сигнал индикации неисправности (сигнал AIS). Коммутатор С, получив сигнал AIS, также перейдет на режим синхронизации от альтернативного источника. Синхронизация коммутаторов в кольце будет осуществляться по цепочке А— D— C — В, таким образом сигнал AIS используется коммутаторами АТМ для оперативного устранения «петель» в системе синхронизации.

            Задание трех возможных режимов синхронизации коммутаторов АТМ повышает надежность системы синхронизации. Однако для коммутаторов АТМ, которые являются конечными в графе синхронизации (М, N, L, K), возможно задание только двух режимов синхронизации — от основного источника и свободный режим.

            Система синхронизации АТМ оказывается менее контролируемой, чем система синхронизации SDH, так как в системе синхронизации АТМ не передаются сигналы качества источников синхронизации. Разработчики системы синхронизации АТМ-сети должны задать приоритеты режимам синхронизации коммутаторов АТМ, и в последующем переход на менее приоритетный режим осуществляется при появлении сигналов неисправности от более приоритетного источника.  

            На физическом уровне сеть АТМ является частью общей системы тактовой сетевой синхронизации ВСС России. На уровне же АТМ используется асинхронный способ переноса информации, при котором передача и прием ячеек могут производиться с разными скоростями. Однако для передачи трафика с постоянной скоростью (голос, видео) сеть должна обеспечить соблюдение синхронности на уровне АТМ на концах соединения.

            Для обеспечения синхронности на уровне АТМ используются два метода:

            — адаптивный. Подстройка частоты осуществляется на основе буферизации ячеек в устройствах доступа. Реализован в устройствах доступа фирмы CellWare. Ячейки, приходящие из сети АТМ, размещаются в буфере устройства доступа, а скорость считывания из буфера подстраивается таким образом, чтобы поддерживать примерно постоянный уровень его заполнения. Позволяет объединять АТС через недостаточно синхронную сеть АТМ (точность хуже 5∙ 10 -5). Однако при использовании адаптивного метода увеличиваются задержки при передачи речи;

            — синхронной метки временного остатка (Synchronous Residual Тimе Stamp, SRTS). Оценивается разность частот между генераторами сети и передающими устройствами. Позволяет объединять АТС через достаточно синхронную сеть АТМ, подстройка частоты осуществляется на основе передачи информации о разнице между частотами сетевых часов. Реализован метод в плитах Circuit Emulation в АТМ-коммутаторах

 ASX 200ВХ/1000 (Fore Systems) и LightStream 1010 (Cisco), а также в пограничных коммутаторах, передающих голосовой трафик в режиме VBR. Устройство доступа на входе в сеть  АТМ вычисляет разность хода часов на интерфейсе Е1 и в сети АТМ, кодирует ее и передает по сети с помощью служебного байта ячейки AAL1,  Другие устройства доступа на выходе, получив эту информацию, могут синхронизировать потоки E1. Метод SRTS позволяет передавать данные о ходе часов по синхронной сети АТМ, не требуя ее синхронизации с телефонной сетью.

            При взаимодействии сети АТМ с телефонными сетями используется услуги эмуляции каналов (CES). Коммутаторы АТМ должны обеспечивать реализацию протокола AAL1 и метода SRTS. Последний обеспечивает восстановление тактовой частоты сигналов, передающихся с постоянной скоростью. Метод синхронной метки SRTS следует применять при взаимодействии телефонных сетей и ATM-сетей в псевдосинхронном режиме и при большом количестве транзитных узлов АТМ.

            Проектирование системы синхронизации представляет собой итерационный многопараметрический процесс, при этом система синхронизации подвергается всестороннему анализу по параметрам надежности и возможности появления «петель». Параллельно с развертыванием системы синхронизации осуществляются измерения параметров системы синхронизации и возможная модернизация системы [2].

 

         3.10. Система сигнализации

             

            На этапе проектирования сети необходимо выбрать формат адреса АТМ. Существуют четыре типа адресов АТМ [12, 26, 68, 73], каждый из которых имеет свое назначение. В документах АТМ Forum — организации, много сделавшей для распространения технологии АТМ, — порядок записи адресов АТМ определяет спецификация интерфейса «пользователь-сеть» (АТМ Uher-Network lnterface Specification). Она описывает форматы обмена данными между устройствами конечных пользователей и коммутаторами АТМ, а также между коммутаторами частных сетей и сетей общего пользования. Эта спецификация предусматривает три формата адресов — каждый длиной 20 байт. Структура АТМ-адресов показана на рис. 3.25.

            Первый — код данных страны (Data Country Code , DCC) — должен применяться в частных сетях АТМ, прежде всего в сетях передачи данных.

            Второй — международный указатель кода (International Code Designator, ICD) — отличается от DCC тем, что должен служить для построения кодов, позволяющих распознавать адреса в международной сети (его роль аналогична роли штрихового кода продуктов); ICD не предназначался для идентификации коммутаторов.

            Третий — точка доступа к сетевым службам (Network Service Access Point, Е.164 NSAP) — был создан для применения в сетях общего пользования, но затем постепенно превратился в альтернативу формата DCC.

            Кроме того, у формата Е.164 NSAP есть аналог — Е.164 Natural, предназначенный для тех же сетей. Разработан Международным союзом электросвязи (ITU).

Адрес АТМ имеет иерархическую структуру и состоит из двух сегментов: сегмента IDP (Initial Domain Part), включающего поля AFI, DCC, ICD, Е.164, адрес ISDN, и сегмента DSP (Domain Specific Part), включающего поля НО-DSP, ESI, SЕL, RD, AREA (см. рис. 3.25).

 

                                  

 

            На рис. 3.25 введены следующие обозначения:

            HO-DSP (High-Order Domain Specific Part) — старшие байты доменной части. Служит для направления вызова на соответствующий коммутатор в пределах местной сети; АFI (Authority and Format Identifier) — идентификатор полномочий и формата. Обозначает формат адреса; RD (Routing Domain) — домен маршрутизации. Служит для различения подразделений внутри организации; ESI (End System Identifier) — идентификатор оконечной системы. Обозначает интерфейс межи оконечным коммутатором и оконечной системой. Содержит физический адрес адаптера Ethernet; SEL (Selector) — селектор. Содержит 1 байт и предназначен для нескольких служб АТМ, реализуемых одним устройством; DCC (Data Country Code) — идентификатор страны, в которой зарегистрирован адрес; ICD (International Code Designator) — идентификатор организации, который выдается Британской организацией по стандартизации.

            Начальный идентификатор области/зоны (Initial Domain Identifier, IDI) используется для обозначения страны, в которой зарегистрирован адрес, или для обозначения организации.

            AREA (Area Identifier) — идентификатор зоны. Заполняется пользователем. Служит для обозначения групп в локальной сети АТМ.

            Какой формат выбрать? Если сеть АТМ не требуется связывать ни с какой другой, ответ прост: выбирайте тот формат, который в наибольшей мере соответствует вашим требованиям. Задача адресации решается легко и в том случае, если сети АТМ соединены постоянными виртуальными каналами (Permanent Virtual Circuit, PVC). Для таких каналов, как и для PVS, основанных на технологии Frame Relay, маршрут между источником и приемником всегда остается одним и тем же.

            Рано или поздно Вам может потребоваться подключить сеть к сети поставщика, дочерней компании, к региональной или национальной сети. Если между сетями АТМ будет установлена коммутируемая связь, то некорректно заданные адреса приведут к возникновению проблемы маршрутизации вызовов, а Вам придается устранять дублирование адресов.

            Сложность состоит в том, что центрального органа, ответственного за распределение адресов АТМ, не существует. Эта обязанность возложена на различные национальные и международные организации, каждая из которых ведает определенными форматами. Американский национальный институт стандартов (ANSI) выдает адреса формата DCC, Британский институт стандартов (British Standards Institute) — адреса ICD, а сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-Т) — адреса Е.164 Natural. Какая организация занимается адресами Е.164 NSAP — неизвестно, во всяком случае АТМ Forum их не присваивает. Именно на эту причину ссылаются многие операторы связи, выбравшие иной формат.

            Есть пользователи, которые вообще отвергают принятые АТМ Forum форматы адресов и изобретают собственные. Иные операторы, хотя и придерживаются официальных форматов, применяют их не по назначению.

            АТМ Forum в своем руководстве по заданию адресов признает, что было время, когда адреса типа ICD присваивались «без строгого соблюдения их первоначального назначения». Сегодня положение изменилось: Британский институт стандартов не выдает адреса ICD для частных сетей. Но «нарушители конвенции» считают возможным распорядиться ими по-своему. Например, Cisco и Forе продают оборудование АТМ со встроенными адресами формата ICD. Bell Atlantic, оператор одной из крупнейших сетей общего пользования, не только использует формат ICD для общедоступных сетевых адресов, но и предлагает их клиентам при организации частных сетей.

            Так какой же формат адресов предпочесть? Универсального ответа нет. Если у Вас частная сеть, целесообразно выбрать DCC. Во-первых, этот формат и создавался для частных сетей. Во-вторых, диапазон DCC-адресов достаточно широк. В-третьих, идентификатором оконечной системы (поле ESI) служит физический адрес (МАС-адрес), который хранится в ее сетевом адаптере и определяет устройство.

            Для адресов сети общего пользования рекомендуется формат Е.164 Natural, в полях которого предусмотрена запись адреса ISDN, применяемого в телефонных сетях общего пользования. Кроме того, в частных сетях с адресами формата 1СР или DCC обычно предусматривается прямое и обратное преобразование Е,1Q Natural.

            Протоколы сигнализации включают протоколы абонентской сигнализации и протоколы транзитной сигнализации [7, 16, 72]. Протоколы сигнализации зарабатывались МСЭ-Т и АТМ Форумом.

            При разработке системы абонентской сигнализации обе организации взяли м основу систему цифровой абонентской сигнализации DSS1 (Digital Subscribe Signalling), которая используется в узкополосной ISDN. Система абонентской сигнализации, разработанная МСЭ-Т для сетей АТМ, называется DSS2 и определяется несколькими рекомендациями серии Q.29xx. В свою очередь АТМ Форум разработал протоколы абонентской сигнализации UNI 3.0/3.1 и UNI 4.0.

            При разработке протоколов межсетевой сигнализации МСЭ-Т и АТМ Форум придерживаются разных позиций. МСЭ-Т рассматривает сеть общего пользования как сеть с одноуровневой архитектурой, где все узлы обладают равными при. вами. Протокол межузловой сигнализации в терминах МСЭ-Т называется подсистема пользователя широкополосной сети с интеграцией служб (Broadband Integrated Service User Part — В-ISUP) и описывается в нескольких рекомендациях серии Q.27хх.

            МСЭ-Т использует принципы, заложенные в протоколах сигнализации подсистемы пользователя узкополосной ISDN ОКС № 7. АТМ Форум представляет сеть в виде иерархической структуры и использует протоколы динамической маршрутизации для выбора коммутаторами маршрута. Форум АТМ предусматривает на межузловом итерфейсе протоколы сигнализации IISP и PNNI.

            Сигнализация на участке доступа. Информация сигнализации передается по особому виртуальному каналу. Обычно для ее передачи на UNI используется двунаправленное соединение виртуального канала конфигурации «точка — точка» с идентификатором VPI/VCI = О/5.

            Коммутаторы сети АТМ должны поддерживать все существующие версии интерфейсов UNI (3.0, 3.1, 4.0), NNI и PNNI. По крайней мере, необходимо, чтобы коммутаторы сети были совместимы по версиям UNI и PNNI. При отсутствии совместимости соединение установить невозможно. Производители оборудования решают эту проблему путем автоматического распознавания версий интерфейса UNI, которые использует конечная станция.

            Протокол DSS2 предусматривает, что в каждом вызове может быть только одно соединение, обеспечивающее:

            — адресацию в формате Е.164;

             — установление, поддержку и разрыв соединения конфигурации «точка — точка» по инициативе вызывающего участника;

            — поддерживает категории услуг с постоянными и переменными скоростями передачи;

            — согласование дескриптора трафика при установлении соединения между пользователем и сетью;

            — разрыв вызова/соединения по требованию вызываемого участника;

            — организацию конфигурации «точка — много точек» путем присоединения к выводу дополнительного участника (листа) по требованию инициатора вызов (корня);

            — поддержку дополнительных услуг ISDN.

            Протоколы UNI 3.0/3.1 основаны на одной и той же рекомендации и имеют одинаковые функциональные возможности. Однако оборудование, реализующее их, может быть несовместимо. Причина заключается в том, что UNI 3.0 стандартизован еще до утверждения МСЭ-Т протоколов, поддерживающих передачу информации на уровне AAL — SSCOP и SSCF, а UNI 3.1 предполагает их использование. Протоколы обеспечивают:

            — поддержку соединений конфигураций «точка — точка» и «точка-много точек»;

            — поддержку категорий услуг АТМ с постоянной и переменной битовой скоростью;

            — возможность явного задания класса качества обслуживания QoS в запросе при установлении соединения;

            — поддерживают три формата адреса АТМ.

            Протокол UNI 4.0 включает все возможности UNI 3.0/3.1 и дополнительные возможности:

            — поддержка категории услуг ABR для соединения «точка — точка»;

            — поддержка процедур присоединения к вызову дополнительных соединений по инициативе входящего абонента;

            — поддержку группового адреса для установления соединения «точка-много точек» по одному запросу сигнализации;

— возможность установления соединения для оборудования, не поддерживающего канал сигнализации, путем передачи сообщений сигнализации по имеющимся каналам.

             

            Сигнализация на транзитном участке

           

            Протокол В-ICI обеспечивает взаимодействие сете АТМ разных операторов:

            — управление максимальной скоростью передачи в соответствии с принципами UNI 3.1;

            — возможность согласования между поставщиками услуг параметров трафика и качеством обслуживания QoS;

            — поддержка соединений «точка — точка», «точка — много точек», симметричных и асимметричных соединений;

            — поддержка соединений с переменной скоростью передачи (VBR);

             — поддержка четырех классов качества обслуживания QoS;

            — поддержку всех классов адресации;

             — выбор сети транзита;

            — поддержку коммутируемых услуг — трансляцию ячеек (CRS), эмуляцию             коммутации каналов (CES), передачу кадров Frame Relay (FRS), высокоскоростную          коммутируемую службу передачи данных (SMDS).

            Протокол IISI основан на спецификации UNI 3.0 и предназначен для связи с небольшим числом узлов; он обеспечивает:

            — маршрутизацию вызовов на основе постоянных таблиц;

            — управление перегрузкой, но не учитывает параметры качества при установлении соединения;

            — предусматривает выбор альтернативного маршрута только после неудачной попытки установления соединения по основному маршруту.

            Протокол IISP разработан в конце 1994 г. в качестве расширения к спецификации UNI 3.0/3.1. Протокол IISP, используемый в АТМ-сети, можно сравнить со статической маршрутизацией в IP-сети. Позволяет создавать маршрутизируемые среды путем задания статических маршрутов между коммутаторами, Для реальных «транков», по которым будут передаваться данные, протокол IISP предусматривает применение виртуальных каналов, имеющих идентификаторы (VCI) с 32-го по 255-й, и виртуальный путь, идентификатор (VPI) которого равен нулю.

            Для создания соединений в сети IISP необходимо одну сторону транка определить как «пользователя», а другую — как «сеть» (рис. 3.26). Какая сторонни в качестве какой будет выбрана, не важно — главное, чтобы они не оказались определенными одинаково.

            Протокол IISP [24] легко настраивать в небольшой сети, но по мере ее разрастания среда IISP становится все хуже и хуже управляемой. Масштабируемость этой технологии, как и технологии статической IP-маршрутизации, весьма oгpaниченна. И хотя создание огромных маршрутных таблиц с информацией о тысячах маршрутов, конечно, возможно, обслуживать эти таблицы очень и очень непросто. Кроме того, при использовании больших статических IISP-маршрутов, как и при статических IP-маршрутах, могут возникнуть проблемы с производительностью маршрутизаторов. Так что в больших сетях применять протокол IISP нежелательно.

            Необходимо тщательно все распланировать, прежде чем приступить к созданию маршрутных таблиц IISP, поскольку сетевые устройства будут делать ровно то, что Вы укажете в этих таблицах, и ничего больше. Маршруты, заданные как маршруты с наименьшей стоимостью (Lowest Cost), будут использоваться в первую очередь. Если коммутатор «поймет», что маршрута с наименьшей стоимостью больше не существует, он обратится к следующему из доступных. Проблема закючается в том, что процедуры IISP не способны оградить от появления маршрутных «петель» (loops). Они определят, что ячейки попали в петлю, но не помогут обойти ее до тех пор, пока обходной маршрут не станет маршрутом с наименьшей стоимостью. Корректный маршрут может быть доступным, но коммутаторы   АТМ будут упорно использовать первый маршрут, указанный в таблице.

            Конфигурация АТМ-сети с протоколом IISP показана на рис. 3.26.

 

                                  

 

            Протокол PNNI объединяет два протокола — сигнализации (на основе UNI 3.1) и маршрутизации (сходство с маршрутизацией OSPF). Использует иерархическую структуру сети и позволяет:

            — выбирать маршрут с учетом состояния топологии сети;

            — учитывать параметры качества обслуживания QoS для вычисления маршрута;

            — поддерживать все классы обслуживания (CBR, VBR, UBR, ABR);

            — поддерживать процедуру управления входным соединением (САС). Сложная топология сети АТМ требует наличия маршрутизации. Так как АТМ основывается на установлении соединений, то маршрутизируются не данные, а запросы на установление соединений. Маршрут, по которому отправляется запрос, в дальнейшем преобразуется непосредственно в виртуальное соединение.

            Протокол PNNI состоит из двух частей: протокола маршрутизации запросов на соединение и протокола сигнализации. Для работы этих протоколов используются разные виртуальные каналы: VCI = 5 — для сигнализации, VCI = 18 — для маршрутизации.

            Основная задача протокола маршрутизации PNNI — передача информации о сетевой топологии. Алгоритм вычисления маршрута не является частью спецификации протокола PNNI. Та или иная его разновидность должна поддерживаться всеми коммутаторами в сети, но какая именно реализация будет поддерживаться — это дело производителя оборудования.

            В основу протокола маршрутизации PNNI заложен алгоритм состояния канал который отличается масштабируемостью, быстрой сходимостью и небольшим служебным трафиком. Протокол PNNI во многом схож с протоколом маршрутизации OSPF.  

            Как и протокол OSPF, протокол PNNI при выборе маршрутов руководствуете их стоимостью (Cost-based). Каждому каналу между участвующими в процедурах PNNI узлами присваивается свой вес, и трафик направляется по пути с наименьшей стоимостью с учетом требуемой полосы пропускания и класса обслуживания (CoS). Протокол PNNI 1.0 поддерживает все классы обслуживания, определенные в спецификации Traffic Management 4.0 Форума АТМ, а именно классы обслуживания с постоянной (CBR), переменной (VBR-rt и VBR-nrt), доступной (ABR) и неспецифицированной (UBR) скоростью передачи битов. Указанная поддержка означает, что при передаче данных могут быть использованы все преимущества механизмов качества обслуживания QoS вместе с несомненными плюсами коммутируемых виртуальных соединений SVC.

            Технология PNNI предусматривает иерархическое объединение узлов со схожими адресами в логические одноранговые группы (Peer-group). При этом логическая связь между элементами может совпадать с физической. Венцом иерархии PNNI являются узлы — лидеры одноранговых групп верхнего уровня, Рядовые элементы таких групп формируют следующий уровень, а сами они (элементы) могут быть лидерами нижележащих одноранговых групп. И так далее вниз по иерархии.

            На рис. 3.27 штриховой линией обозначена логическая связь между лидерами групп А, В и С, сплошными линиями — связь внутри одноранговых групп. Если опуститься вниз по иерархии PNNI, то там будут находиться другие одноранговые группы (если они, конечно, существуют). Таким образом можно дойти до уровни рабочих станций и серверов. Именно логическое представление сети используется средствами PNNI для определения пути от одной точки до другой. На рис. 3.28 показана физическая схема сети, которая была представлена на рис. 3.27. Понятно, что на этой схеме все связи между узлами являются физическими каналами.

            Каждый элемент одноранговой группы должен «знать», во-первых, лидера своей группы, во-вторых, каким образом можно добраться до других ее элементов и, в-третьих, какие элементы являются лидерами нижележащих групп. Если адрес назначения находится в вышележащем (по иерархии PNNI) адресном пространстве, узел пошлет трафик через лидера своей группы, а если адрес будет соответствовать адресному пространству нижележащей группы, то узел начнет искать маршрут через своего однорангового «коллегу» — лидера той группы.

 

                                              

 

                                  

 

 

            Маршрутизация трафика в сети PNNI осуществляется от группы к группе. Например, когда трафик направляется от одного из членов группы А.1 к одному  членов группы В.1, сначала он поступает к лидеру группы А. Тот знает дорогу : к группе В, лидер которой, в свою очередь, сможет доставить трафик по назначению. Итак, каждому узлу достаточно иметь лишь минимальную информацию о сети. Коммутаторам не обязательно «знать» обо всех маршрутах в сети — следовательно, маршрутные таблицы будут небольшими и легко управляемыми.

            Протокол сигнализации PNNI базируется на спецификациях UNI 3.1 и 4.0, добавляя механизм маршрутизации запросов на соединение и определения альтернативных маршрутов в случае неудачи первого запроса. Протокол управляют установлением и завершением коммутируемых виртуальных соединений «точка- точка» и «точка — группа». Протокол сигнализации использует маршрутизацию от источника. Коммутатор, ближайший к отправителю (входной коммутатор), вычисляет маршрут через всю сеть ARM до коммутатора, ближайшего к получателю (выходного коммутатора). Для маршрутизации от источника требуется создание списка промежуточных узлов-коммутаторов на пути следования запроси. Этот список создается входным коммутатором. Коммутаторы внутри сети нс принимают решения о дальнейшей маршрутизации, а просто передают запрос в соответствии со списком. Протокол PNNI используется как в частных сетях АТМ, так и в сетях АТМ общего пользования.

 

         3.11. Построение системы управления

 

            Система управления сетью ATM предназначена для контроля за сетью связи, автоматизированного конфигурирования и коррекции маршрутов транспортных потоков, эксплуатационно-технического обслуживания сетевых элементов, сбора статистики, выявления неисправностей, тестирования и управления услугами и бизнес-процессами.

            Система управления включает следующие компоненты:

            — вычислительную платформу в виде ПК или рабочей станции;

             — операционную систему (ОС) для данной станции, служащую для поддержки программного пакета системы управления;

            — программный пакет системы управления, состоящий из ядра (операционной системы) и различных приложений.

            В качестве концептуальной основы системы управления для сетей АТМ Форум АТМ выбрал принципы управления, основанные на протоколе прикладного уровня SNMP (RF1157) и базах данных MIB (AToMIB по RF1695 и спецификациям UNI 3.0/3.1), согласно которым взаимодействие с сетевыми элементами происходит по схеме «агент-MIB-менеджер».

            Для построения системы управления сетью АТМ необходимо выбрать вычислительную платформу и программное обеспечение (ПО), для решения задач управления услугами и бизнес-процессами. Вычислительная платформа устанавливается в центральном узле сети АТМ.

            Наиболее популярной платформой является рабочая станция SPARS фирмы Sun с ОС Solaris, на которой установлена ОС HP OpenVien (фирма «Hewlett-packard»). На таком программном комплексе затем устанавливаются прикладные С и программы системы управления, разработанные конкретной фирмой-изговителем для своего оборудования. Если в сети преобладает оборудование от какого-либо одного производителя, наличие приложений управления этого производителя для какой-либо популярной платформы управления позволяет администраторам сети успешно решать многие задачи. Поэтому разработчики платформ управления поставляют вместе с ними инструментальные средства, упрощающие разработку приложений, а наличие таких приложений и их количество считается очень важным фактором при выборе платформы управления.

            Открытость платформы управления зависит также от формы хранения собранных данных о состоянии сети. Большинство платформ-лидеров позволяют ранить данные в коммерческих базах, данных, таких как, например, Oracle, lagres или Informix. Использование универсальных СУБД снижает скорость работы системы управления по сравнению с хранением данных в файлах операционной системы, но зато позволяет обрабатывать эти данные любыми приложениями, умеющими работать с этими СУБД.

            В табл. 3.4 представлены наиболее важные характеристики наиболее популярных платформ управления.

 

                                  

 

                                  

 

 

                                  

 

         312. Обеспечение сервисов

 

            Передача голоса. Способы передачи голоса по АТМ можно разбить на две группы: с использованием сервиса CBR (передача одного или нескольких каналов 64 кбит/с, потоков E1 и E3) и сервиса rt-VBR.

            В настоящее время разработан ряд механизмов адаптации (АТМ Adaptation Layer, ААL.) для передачи голоса по АТМ [11, 12, 67, 73].

            Уровень AAL предназначен для разработки нестандартных (фирменных) алгоритмов адаптации голоса.

            Уровень ААL1 позволяет организовать передачу голоса в режиме CBR, при этом выделяется полоса пропускания соответствующей ширины (режим эмуляции каналов, Circuit Emulation, СЕ). Формат ячейки AAL1 дает возможность передавать по сети информацию о синхронизации (Time Stamp) и частично заполнять ячейки данными для уменьшения задержек, а также предусматривает наличие счетчика ячеек (дня обнаружения их потери).

            Уровень ААL1/ voice используется для передачи одного разговора на скорости 64 кбит/с. Не обладает возможностями других разновидностей AAL1 (частичное заполнение ячеек), но позволяет обеспечить недорогое (с низкими затратами на оборудование) подключение абонента применяется для настольных приложений.

            Применение уровня AAL5 — наиболее дешевый способ доведения голоса по АТМ до рабочего места. Согласно спецификации UNI 4.0 Форума АТМ, с помощью этого уровня адаптации можно пересылать трафик в режиме CBR. Однако он не совместим с сетями, использующими ААL1 (например, с сетями общего пользования).

            Механизм адаптации ААL-CU, применяемый в сотовой телефонии, позволяет" мультиплексировать трафик, генерируемый разными пользователями, в одной виртуальном канале, а следовательно, уменьшить задержки и повысить эффективность использования полосы пропускания каналов связи.

            Уровень ААL2 применяется при установлении коммутируемых виртуальных каналов с использованием переменной скорости передачи в режиме реального времени (rt-VBR).

            При организации корпоративных телефонных сетей и сетей общего пользования нашли наибольшее применение два метода:

            — метод эмуляции выделенных каналов (Circuit Emulation, СЕ), голос передается как CBR-трафик с уровнем адаптации AAL1,

            — метод эмуляции коммутации каналов (Voice Networking, VN), голос передается как VBR-трафик с уровнем адаптации AAL2.

            Circuit Emulation — один из основных методов передачи голоса по сети АТМ (Circuit Emulation ч.2.0 — последняя из ряда соответствующих спецификаций, принятых Форумом АТМ). С точки зрения телефонии, передача голоса по сети АТМ в режиме CBR и передача голоса по сети SDH очень похожи: в обоих случаях обеспечивается транспорт «точка-точка» по каналу постоянной ширины и в канал STM-l помещается одинаковое число потоков E1 и E3. Таким образом, с помощью сервиса Circuit Emulation сеть АТМ может эмулировать работу сети SDH. Получается, что, построив скоростную АТМ-сеть передачи данных, в то же время можем использовать и службы передачи голоса, аналогичные тем, что предоставляет сеть SDH. Более того, режим Circuit Emulation сети АТМ имеет pяд преимуществ перед SDH. Обеспечивая удобные средства единого управления смешанной (голос + данные + видео) нагрузкой, он позволяет:

            — маршрутизировать части потока E1 в разных направлениях с «прозрачной» передачей телефонной сигнализации (при использовании структурированного режима);

            — передавать не задействованную под голосовой трафик часть зарезервированной полосы другому трафику (стенки «трубы» Circuit Emulation не столь непроницаемы для посторонних потоков, как виртуальные контейнеры SDH);

            — группировать вызовы с единым пунктом назначения в сети АТМ в единое соединение Nx64 кбит/с;

            — инициировать соединение АТМ при наступлении определенного времени дня или по запросу сигнализации ISDN.

            К особенностям сервиса Circuit Emulation относятся: — частичное заполнение ячеек (позволяет уменьшить задержку при формировании пакета, а значит, и величину CTD);

            — неструктурированный (ААL1/UDT) и структурированный (AAL1/SDT) режимы для передачи потоков E1 и дробных (fractional) потоков E1 (FE1) соответственно;

-динамическое выделение полосы (позволяет использовать часть полосы, отведенной под телефонию, для других приложений).

            Структурированный и неструктурированный режимы. Неструктурированный (Unstructured) режим ААL1/UDT (рис. 3.29, а) предназначен для передача по АТМ-сети потоков CBR, например, потока 2,048 Мбит/с со структурой E1 -или любой другой. В этом случае все байты цикла Е1 отображаются в область данных ячеек AAL1.

                                  

                                  

 

            Структурированный (Structured) режим ААL.1/SDT (рис. 3.29, 6) предназначен для передачи дробных (fractional) потоков Е1 (Nx64 кбит/с), когда передаются только те тайм-слоты потока Fractional Е1 (FE1), которые несут полезную информацию. В этом случае структура N байт отображается в область данных ячейки ААL1. Для определения начала структуры используется специальный байт-указатель.

            Структурированный режим Circuit Emulation позволяет нескольким эмалируемым линиям совместно использовать один интерфейс Е1, а значит, коммутаторы АТМ могут эмулировать функционирование цифрового кросс-коннекта E1, Пример такой эмуляции показан на рис. 3.30.

 

                       

 

            Структурированный режим позволяет заметно улучшить использование полосы пропускания и управление аварийными ситуациями благодаря возможности извещения отправителя трафика (АТС) о неисправностях. В то же время задействование этого режима означает отказ от передачи потока с произвольной структурой цикла (только структура Е1 в соответствии с G.704) и от реализации адаптивного метода синхронизации.

            Динамическое выделение полосы. Как уже отмечалось, механизмы Circuit Emulation позволяют более гибко, чем это возможно в сетях мультиплексоров, использовать полосу пропускания, выделяемую под телефонный трафик. Основная идея здесь состоит в том, чтобы при уменьшении телефонного трафика дать возможность другим приложениям задействовать освободившуюся полосу пропускания. Есть два способа ее реализации.   Первый предусматривает изменение «диаметра трубы» Circuit Emulation в зависимости от времени суток: в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) она больше, а в остальное время — меньше (рис. 3.31). При втором способе, коммутатор АТМ освобождает полосу пропускания в соответствии с сигнализацией, получаемой со стороны АТС. Рассмотрим его более подробно.

                                  

 

 

            Часть ячеек AAL1 содержат специальный байт-маску, показывающий, какие из каналов заняты, а какие свободны. Предположим, установлено соединение для передачи шести телефонных каналов и по всему его маршруту коммутаторами АТМ зарезервирована соответствующая полоса пропускания. Если в какой-то момент времени один из каналов, например второй, оказывается свободным (согласно сигнализации в D-канале), пограничный коммутатор меняет «1» на «0» во втором бите байт-маски. Это служит сигналом, что высвобождающаяся полоса 64 кбит/с может быть использована для других приложений. Однако, поскольку в любой момент времени может случиться так, что эту полосу придется вернуть, ее можно использовать не для всех приложений. Например, ее нельзя задействовать для установления новых CBR-соединений, но вполне можно занять под трафик с неспецифицированной скоростью передачи битов (Unspecified Bit Rate, UBR).

            Voice Networking. Передача голоса как VBR потока считается вторым подходом, разрабатываемым Форумом АТМ. Его реализации (пока нестандартные) позволяют всю мощь АТМ по эффективному использованию полосы пропускания и управлению трафиком, которая прежде применялась лишь для передачи данных, задействовать и для передачи голоса. Одна из таких реализаций предложена фирмой Nortel, и базируется она на службе rt-VBR (VBR real time).

            Суть метода Voice Networking заключается в эмуляции коммутации каналов и передаче голоса как VBR-потока. Если в методе СЕ сеть АТМ предоставлял для объединяемых АТС транспортный канал «точка-точка» постоянной ширины, то в методе VN коммутаторы АТМ устанавливают коммутируемое виртуальное соединение с оптимальными характеристиками для передачи голоса как VBR-трафика. При каждом новом вызове коммутируемое виртуальное соединение (SVC) устанавливается сразу с ближайшим к вызываемому абоненту пограничным коммутатором, а не через несколько транзитных АТС. При установлении каждого нового телефонного соединения сеть АТМ вычисляет оптимальный в данный момент времени маршрут с учетом топологии сети, доступной полосы пропускания на разных участках, ожидаемых значений задержки и ее вариации, стоимости соединений по различным маршрутам. В результате устанавливается соединение с характеристиками, необходимыми для качественной передачи голоса. По окончании разговора полоса пропускания высвобождается для других приложений.

            Такой подход позволяет применять очень мощные методы повышения эффективности использования полосы пропускания, гибко управлять телефонными потоками в соответствии с получаемой от АТС сигнализацией и изменениями в состоянии сети (неисправности, перегрузки на каких-либо ее участки и т.д.). Сеть АТМ при этом получает новое качество — помимо чисто транспортных функций (объединение АТС, коммутирующих трафик), начинает выполнять и функции коммутации. Заметим, что сети АТМ в режиме эмуляции вы- деленных каналов и сети Синхронной цифровой иерархии (SDH) являются чисто транспортными.

            К особенностям сервиса Voice Networking относятся:

            — вычисление оптимального маршрута передачи голоса с учетом топологии сети, свободной полосы, ожидаемых значений CTD и CDV, стоимости соединений по разным маршрутам;

            — динамическое сжатие голоса, что обеспечивает эффективную экономию средств по сравнению с фиксированными схемами компрессии;

            — подавление пауз, что позволяет экономить полосу пропускания;

            — управление перегрузками.

            Провайдеры услуг могут по своему усмотрению задавать наибольшую или наименьшую степень сжатия голоса. В аппаратуре АТМ поддерживаются следующие алгоритмы компрессии:

            — ADPCM 40, 32 и 24 кбит/с (G726);

            — LD-CELP 16 кбит/с (G728);

            — CS-CELP 8 кбит/с (G729).

            Аппаратура, поддерживающая компрессию голоса, должна автоматически распознавать факс/модем и обрабатывать такие сигналы иначе, чем голос. Установки

вызова начинается с уровня компрессии ADPCM, а случае перегрузки компрессия может быть увеличена. Экономя полосу пропускания, механизмы сжатия речи в то же время могут привести к ухудшению ее качества и увеличению задержки. Для количественной характеристики ухудшения качества речи применяют единицы QDU (Quantization Distortion Units). Величина 1 QDU соответствует ухудшению ячества при оцифровке с использованием стандартной процедуры ИКМ. Дополнительная обработка речи ведет к дальнейшей потере ее качества. Согласно рекомендациям МСЭ-Т, для международных вызовов величина QDU не должна превышать 14, причем передача разговора по международным магистральным каналам ухудшает качество речи как правило на 4 QDU. Следовательно, при передаче раз- говора по национальным сетям должно теряться не более 5 QDU (2х5+ 4 = 14). Алгоритмы ADPCM 32 кбит/с (G.726), LD-CELP (G.728) и CS-CELP (G.729) могут «испортить» качество речи на 3,5 QDU, а алгоритм ADPCM 24 кбит/с — на 7 QDU. Поэтому для качественной передачи речи процедуру компрессии/декомпрессии желательно применять в сети только один раз. В некоторых странах это является обязательным требованием регулирующих органов по отношению ко всем сетям, подключаемым к сетям общего пользования.

Согласно рекомендациям МСЭ-Т, задержки при международной телефонной связи не должны превышать 150 мс (15-30 мс в цепях без эхоподавления). Для минимизации величины задержки также требуется снижение числа процедур компрессии/декомпрессии. Их допустимое число зависит от используемого алгоритма сжатия (табл. 3.5), длины линий связи и других факторов.

 

                                              

 

 

            В то же время, если телефонная сеть, транспортная система которой построена на базе мультиплексоров TDM, имеет достаточно сложную топологию (не просто «точка — точка»), передача разговора требует многократного выполнения процедуры компрессии/декомпрессии (на каждой транзитной АТС). Поэтому в таких сетях сжатие голоса практически не применяется; в крайнем случае используется алгоритм ADPCM 32 кбит/с, специально спроектированный для многоточечных сетей.

            При технологии Voice Networking вся сеть действует как один транзитный узел (топология «звезда»). Транзитные АТС больше не нужны, а каждый вызов подвергается процедуре компрессии/декомпрессии только один раз. Это означает, что сжатие голоса можно применять в многоточечной сети с произвольной топологией.

            Механизмы управление перегрузками отслеживают степень использовании транков и степень заполнения буферов. При появлении угрозы перегрузки включается механизм обратной связи и источник трафика извещается о том, что ему, следует снизить скорость передачи. Такое снижение достигается путем увеличения степени сжатия голоса. После того как угроза перегрузки миновала, степень  сжатия голоса, а следовательно, и качество передаваемой речи возвращаются к исходным значениям.

            Сравним VN АТМ и CES АТМ:

            1. В случае VN АТМ упрощается топология сети и облегчается ее конфигурирование. Если при CES необходимо соединять АТС множеством связей, то при VN можно соединить АТС только с ближайшим коммутатором АТМ. На основе сигнализации, получаемой от АТС, в сети АТМ будут устанавливаться необходимые соединения между АТС.

            2. При VN АТМ повышается отказоустойчивость сети. В случае возникновения каких-либо проблем, приводящих к разрыву соединения, сеть АТМ вычислит новый оптимальный маршрут или сообщит АТС о невозможности маршрутизации индивидуального соединения.

            3. При VN АТМ полоса пропускания используется эффективнее, чем при CES 3 АТМ, благодаря динамическому выделению полосы пропускания для каждого нового вызова и компрессии голоса.

            Технология VN дороже, чем CES. Поэтому чем больше уже установлено ком- мутационного телефонного оборудования и чем менее важным является эффективность полосы, тем скорее окажется экономически оправданным применение технологии CES.

            Передача видеосигналов. Для прикладных систем конференцсвязи с передачей видеосигнала одним из наиболее важных факторов, влияющих на качество, считается задержка передачи между двумя пунктами. Если задержка более 200 мс вызывает раздражение, то задержка, превышающая 400 мс, становится невыносимой. Поскольку большинство видеостандартов требуют на уплотнение и развертывание от 150 до 250 мс, соединения глобальной сети должны иметь задержку передачи сигнала между пунктами менее 50 мс для того, чтобы они могли считаться пригодными для передачи видеосигналов в реальном масштабе времени. Помимо абсолютной задержки важную роль с точки зрения удовлетворения запросов пользователя и пригодности к применению играет также вариация задержки (дрожание, джиттер). Дрожание не только вызывает снижение качества

изображения, но и приводит к раздражающему отсутствию синхронизации между : визуальным и звуковым потоками. Если вариация задержки, превышающая 500 мс, , вызывает раздражение, то вариация, превышающая 650 мс, становится неприемлемой. В результате своевременность играет более существенную роль, чем точность передачи видеосигнала.

            При двунаправленном обмене для передачи высококачественной видеоинформации по сети АТМ коммутаторы АТМ должны удовлетворять следующим

требованиям:

            — коэффициент потери ячеек в сети не должен превышать 1,7∙ 10-9 ;

            — задержка при доставке ячейки через сеть не должна превышать 4 мс, а при прохождении через коммутатор — 150 мкс;

            — вариация задержки ячейки при доставке через сеть не должна превышать 500 мкс.

            В отличие от передачи данных видеосеанс может продолжаться без заметного эффекта в том случае, если качество изображения при передаче ухудшилось. Однако мультимедийная сеть должна передавать непрерывный поток данных, которые поступают в пункт назначения с постоянной скоростью, даже если сеть испытывает перегрузку при ее использовании многочисленными пользователями и передаче множества видеосигналов. Следовательно, ни одна из сетевых технологий, кроме АТМ, не гарантирует полосу пропускания и качество услуг, необходимое для прикладных систем передачи видеосигналов в реальном масштабе времени.

            Хотя в последние годы был достигнут значительный прогресс в области стандартизации уплотнения видеосигналов, на рынке по-прежнему существует ряд патептованных технологий кодирования, таких как ProShare компании Intel и Live LAN компании Picture Tel. Эти прикладные системы конференцсвязи с передачей видеосигнала на базе локальных сетей оптимизированы для применения в «пачечных» сетях с коммутацией пакетов, включая Ethernet, однако плохо подходят для соединений в глобальной сети приспособленных для передачи пачечного трафика.

            В то же время система MPEG2, выбранная в качестве формата кодирования, уплотнения и передачи для телевидения высокой разрешающей способности (HDTV), частично благодаря ее функциям мультиплексирования и уплотнения, начинает играть роль ведущего стандарта для высококачественных прикладных систем передачи видеосигналов, таких как видеовещание и распространение развлекательных видеопрограмм. Стандарты уплотнения звуковых и видеосигналов MPEG получили номер по классификации ISO/IEC JTC1/SC2/WG11. Если MPEG обеспечивает качество сигнала на уровне изображения видеомагнитофона при скорости передачи от 1,5 до 2,0 Мбайт/с, то MPEG2 обеспечивает качество сигнала на уровне от качества изображения видеомагнитофона до качества изображения на экране кинотеатра при скорости передачи от 4 до 60 Мбайт/с (см. табл. 3.5).

Процесс кодирования MPEG2 требует сложного и дорогостоящего оборудования: стоимость кодера составляет порядка 50 000 долл. США, обеспечивая поддержку на уровне сотен миллисекунд. В результате маловероятно, что в ближайшей перспективе MPEG2 получит применение в качестве системы конференцсвязи с передачей видеосигнала с настольного терминала.

            Совместная экспертная группа по изображениям (JPEG), предшественник MPEG — это стандарт кодирования Международного союза телекоммуникаций (ITU) для неподвижного изображения, адаптированный для видеосигналов,  результате чего возник стандарт Motion-JPEG. Уплотненный поток видеосигналов фактически состоит из последовательности изображений JPEG, передаваемых со скоростью 24 или 30 кадров в секунду. Однако на этих скоростях любой изображение будет похоже на непосредственно предшествующее или следующее за ним изображение, что дает уплотнение ниже оптимального. Поток видеосигналов Motion-JPEG занимает от 10 до 26 Мбайт/с. С другой стороны, MPEG обеспечивает межкадровое уплотнение путем расчета этих кадров п3 других кадров, сокращая таким образом посылаемую информацию (P-кадры прогнозируются на основании I-кадров, которые направляются только по мере необходимости для передачи существенных изменений).

            Для прикладных систем конференцсвязи с передачей видеосигнала в реальными

масштабе времени возрастает роль стандарта кодирования видеосигнала Н.261/Н.320 ITU (недавно появился новый стандарт Н.323) в обеспечении взаимодействия между технологиями конференцсвязи с передачей видеосигнала с настольного терминала и циркулярной конференцсвязи с передачей видеосигнала через глобальную сеть.

            В этом случае создается непосредственное соединение, аналогичное соединению при телефонном вызове, обычно с помощью выделенного соединении. ISDN. Качество видеосигнала, получаемого в системах, соответствующих требованиям Н.320, на линии 128 кбайт/с, считается более чем адекватным для большинства корпоративных прикладных систем при стоимости настольного терминала порядка 1000 долларов. Привлекательным свойством Н.320 является гарантия совместимости с массой существующих систем конференцсвязи для ведения переговоров с передачей видеосигнала, соответствующих требованиям Н.320.

            Компания Intel создала Рабочую группу по проблемам персональной конференцсвязи с передачей видеосигнала, которая разработала алгоритм Indeo-codec на базе программного обеспечения для обеспечения уплотнения в реальном масштаб времени. Indeo обеспечивает более экономичное решение, чем Н.320, поскольку в нем применяется центральный процессор персонального компьютера, что дал возможность включить в сферу конференцсвязи с передачей видеосигнала больше узлов при минимальном уровне дополнительных капиталовложений. Вместе с тем одним из недостатков Indeo является то, что для передачи видеосигналов в полный экран требуется значительно большая полоса пропускания, чем для альтернативного варианта Н.320, реализуемого на базе аппаратных средств.  Для передачи видеоинформации по сети АТМ используется несколько медов:

         — CBR-видео «поверх» эмуляция выделенных каналов. Удаленное видео передается через цифровые каналы Nx64 кбит/с или каналы ISDN. Оборудование для проведения телеконференций использует набор протоколов Н.320/Н.261, где предусмотрено наличие буферов, гарантирующих посылку  информации по цифровым каналам с постоянной скоростью независимо от исходной структуры трафика. В сети АТМ используется эмуляция таких каналов. Видео передается как трафик CBR с использованием уровня адаптации AAL1.Для проведения конференции типа «точка — точка» между устройствами, поддерживающими Н.320, устанавливается соединение с постоянной полосой пропускания;

       — пакетное видео «поверх» протоколов канального и сетевого уровней и взаимодействие с АТМ на этих уровнях. Видеоприложения, работающие «поверх» локальных сетей, используют пакетную передачу и алгоритмы  сжатия пакетов. Кодек упаковывает видеоинформацию в кадры Ethernet или IP-пакеты. Если кодек упаковывает информацию в кадры Ethernet, то для передачи видео (кадров Ethernet) через АТМ-сеть используется технология LANE. Если кодек упаковывает информацию в IP-пакеты, то для передачи видео (IP-пакетов) через АТМ-сеть используется технология MPOA. Передача кадров Ethernet и IP-пакетов через АТМ сеть осуществляется с помощью протокола адаптации ААL5 и услуги VBR;

—пакетное видео, работающее напрямую «поверх» АТМ. Для передачи видеосигналов (потока MPEG2) в реальном масштабе времени используется уровень адаптации ААL5 и услуга VBR. При содействии Совета по АТМ произошло слияние технологии АТМ и MPEG2. В целях выполнения требований передачи видеосигналов в реальном масштабе времени через АТМ Совет по АТМ одобрил стандартные требования для класса услуг в реальном масштабе времени AAL5 «Переменная скорость передачи» (Variable Bit Rate, VBR), хотя поток MPEG2 реально состоит из неизменных 188-байтовых пакетов, передаваемых с постоянной скоростью. Услуга VBR в реальном масштабе времени должна действовать на базе CBR (Constant Bit Rate), поскольку MPEG2 уже имеет в информационном потоке собственную временную развертку (Program Clock Reference) и не нуждается в программной отметке времени, которую дает класс услуг AAL1 CBR.

 

            Передача данных. Сеть АТМ может использоваться в качестве высококачественной транспортной сети, обеспечивающей взаимодействие сетей передачи данных: локальных сетей, IP-сетей, Frame Relay, сетей Х.25 [19, 25, 66, 71, 72, 80].

            Для передачи данных сетей FR и Х.25 предусматривается услуга переноса ориентированная на соединение, которая отображает соединение протоколов FR и Х.25 в соединения АТМ. Преобразование кадров FR и кадров Х.25 в ячейки АТМ может осуществляться как аппаратурой сети FR и сети Х.25 соответственно, так и аппаратурой сети АТМ.

            При передаче кадров FR и Х.25 применяются:

            — протоколы адаптации AAL3 AAL5;    

            — службы переноса nrt-VBR, ABR;

            — постоянные, полупостоянные и коммутируемые соединения АТМ.

            Для передачи данных локальных сетей и IP-сетей имеется услуга переноса, на ориентированная на соединение, которая обеспечивает разрешение адресов, маршрутизацию и установление соединений АТМ.

            При передаче кадров Ethernet, Token Ring и IP-пакетов используются:

            — протоколы адаптации AAL3/4, AAL5;

            — любые службы в зависимости от требований к параметрам качества услуги;

            — постоянные, полупостоянные и коммутируемые соединения АТМ.

            Для взаимодействия локальных сетей и IP-сетей с АТМ-сетью могут реализоваться следующие технологии:

            — LMK (LAN Emulation);

            — Classical IP;

            — MPOA (Multi-Protocol over АТМ);

            — MPLS (Multi-Protocol Label Switching).

            LANE (LAN Emulation). АТМ часто используется для создания магистральных каналов связи между локальными сетями. Поэтому АТМ-коммутаторы должны поддерживать соответствующие интерфейсы, например, Ethernet, Tokea Ring или FDDI. Последние могут находиться на дополнительных модулях, устанавливаемых в коммутатор или какое-нибудь внешнее устройство, например, коммутатор локальной сети или маршрутизатор, подключаемый к АТМ-сети через канал связи с магистральной сетью. В любом случае для поддержания взаимодействия между устройствами АТМ и существующими локальными сетями потребуется ПО для эмуляции локальных сетей (LAN Emulation, LANE).

            LANE определяет способ преобразования кадров локальных сетей в ячейки АТМ и способ преобразования МАС-адресов локальных сетей в коммутируемый виртуальные соединения АТМ. Эти преобразования выполняют программные компоненты, встроенные в коммутаторы локальных сетей. Программными компонентами LANE являются:

            — клиент LEC (LAN Emulation Client) — регистрирует на сервере МАС-адреса , локальной сети, устанавливает виртуальное соединение, преобразует кадры  в ячейки АТМ (и наоборот) и передает данные. На каждую присоединенную к сети АТМ локальную сеть приходится один клиент. Клиент устанавливается на коммутаторе ЛВС и выполняет роль пограничного элемента между АТМ и ЛВС;

            — сервер эмуляции LES (LAN Emulation Server) — ведет общую таблицу соответствия МАС адресов локальных сетей и АТМ-адресов пограничных устройств, к которым присоединяются локальные сети;

            — сервер BUS (Broadcast and Unknown Server) — эмулирует передачу широко- вещательных пакетов и пакетов с неизвестными адресами; 

            — сервер LECS (LAN Emulation Configuration Server) — используется при образовании нескольких эмулируемых сетей. LECS хранит информацию о количестве эмулируемых сетей и АТМ-адреса LES и BUS серверов.

            Принцип работы LANE с основными компонентами LECS, LЕС и BUS показан на рис. 3.32. Клиент LEC1 запрашивает у сервера конфигурации LECS АТМ- адрес сервера LES (1). Сервер LES хранит базу данных, обеспечивающую отображение клиентских МАС адресов на АТМ-адреса коммутаторов или серверов локальных сетей. Клиент запрашивает у сервера LES АТМ-адрес клиента LЕС2 (2). Если сервер LES не знает АТМ-адреса, он запрашивает его у сервера BUS (3). По необходимому ему МАС адресу клиент LЕС1 получает АТМ-адрес клиента LEC2. Затем клиент LEC1 устанавливает виртуальное соединение с клиентом LEC2 и передает данные (4).

 

 

                                                              

 

            Classical IP. В основе Classical IP лежит та же схема, что и в LANE. Принцип работы Classical IP показан на рис. 3.33. Клиент запрашивает соединение с cepвером ATMARP, где хранится база данных, обеспечивающая отображение клиентских АТМ-адресов на IP-адреса. По каждому из необходимых ему IP-адреса клиент получает АТМ-адрес, а затем применяет процедуру обмена сигналами для установки прямого соединения с соответствующими

АТМ-адресами. Разница состоит в том, что Classical IP работает только с IP, а в LANE обеспечивается  поддержка разных протоколов локальных сетей. Classical IP имеет смысл рассматривать лишь в том случае, когда в локальной сети применяется только IP, а подходящий по всем статьям коммутатор не поддерживает LANE.

                                              

                                              

            Преобразование пакетов IP в блоки данных протокола AAL5 может осуществляться:

            — с использованием заголовка LLС/SNAP в блоке данных PDU AAL5, и тогда обеспечивается передача информации различных протоколов по одному виртуальному соединению АТМ;

            — без использования заголовка LLС/SNAP, и тогда по одному виртуальному соединению АТМ осуществляется передача информации одного протокола

            АТМ-сеть представляется в виде нескольких логических IP-подсетей. Все узлы одной подсети имеют общий адрес сети. Весь трафик между подсетями обязательно проходит через маршрутизатор, хотя и существует возможность передать его непосредственно через

АТМ-коммутаторы. Маршрутизатор может быть подключен к сети одним физическим интерфейсом («однорукий» маршрутизатор), которому присваивается несколько IP-адресов в соответствии с количеством алогических подсетей (LIS) в сети. Сервер ATMARP управляет таблицей, записи второй определяют соответствие между IP- и АТМ-адресами устройств. Сервер может обслуживать несколько подсетей. Роль сервера обычно выполняет маршрутизатор, имеющий интерфейсы во всех подсетях. Узлы конфигурируются традиционным способом: для них задаются собственный IP-адрес, маска, IP-адрес маршрутизатора по умолчанию, и кроме того, собственный АТМ-адрес и АТМ-адрес ATMARP сервера. Каждый узел использует АТМ-адрес сервера, чтобы выполнить обычный ARP запрос и узнать АТМ-адрес получателя. Зная АТМ-адрес получателя, узел устанавливает с ним виртуальное соединение, после чего начинает передачу данных. Если конечный узел знает АТМ-адрес маршрутизатора по умолчанию, то он устанавливает с ним соединение, чтобы передать IP-пакет в другую сеть. При постоянных соединениях сервер разрешения адресов ATMARP использует таблицу соответствия между IP-адресами получателей и идентификаторами VPI/VCI.

            Для передачи многоадресной информации в АТМ-сети используется сервер определения групповых адресов (Multicast Address Resolution Server, MARS), который по одному IP-адресу группы определяет несколько АТМ-адресов точек подключения IP-узлов этой группы.

            MPOA. Multi-Protocol over АТМ (МРОА) представляет собой расширение LANE с поддержкой маршрутизации. В состав МРОА входит LANE 2.0, в котоpoм обеспечиваются мостовая связь между сегментами, резервирование серверов и распределенные услуги. Это означает, что при установке нескольких серверов LANE каждый из них будет страховать другие на случай отказа и что в больших ceтях можно распределять базу данных между несколькими серверами. Имеет смысл убедиться, что выбранный производитель

 АТМ-коммутаторов поддерживает МРОА.

            В технологии МРОА используется две логические компоненты: 

            — сервер МРОА (MPS), который совмещает функции маршрутизатора и следующего сервера (Next Нор Server, NHS), реализуется на коммутаторах или на серверах, подключаемых к сети АТМ;

            — клиент МРОА (МРС), который реализуется на граничном устройстве или на конечной станции.

            Все устройства МРОА поддерживают функции клиента LANE. Сервер МРОА поддерживает протокол определения следующего перехода (Next Нор Resolution Protocol, NHRP). Протокол NHRP можно рассматривать как расширенную версию протокола ATMARP. Если протокол ATMARP обеспечивает разрешение IP-адреса относительно

 АТМ-адреса в одной логической подсети, то протока NHRP обеспечивает разрешение этих адресов во множестве логических потертей. Сервер MPOA может маршрутизировать запросы NHRP и пакеты между различными логическими подсетями. После же разрешения адреса между отправителем и получателем устанавливается коммутируемое виртуальное соединение напрямую для последующей передачи пакетов в формате АТМ. Если при маршрутизации пакетов выполняются преобразования данных из формата IP в АТМ и наоборот, то при передаче данных по виртуальному соединению не требуется преобразования форматов. В сущности, MPOA идентифицирует потоки данных и направляет их напрямую в устанавливаемые виртуальные соединения, что назевается маршрутизацией с нулевым переходом (рис. 3.34).

 

 

 

 

                              

 

            С использованием MPOA только первые несколько кадров проходят через маршрутизаторы. Это называется основным маршрутом. Кадры передаются из одной ELAN в другую через соответствующие маршрутизаторы. После того как несколько кадров проследуют по основному маршруту, устройства МРОА определяет адрес устройства, с которым они связываются, и создают для всех последующих кадров потока прямое соединение, называемое кратчайшим маршрутом.

            Установление прямого кратчайшего пути показано на рис. 3.35. Процесс установления кратчайшего пути включает следующие шаги:

                                              

 

            Шаг1. Клиент посылает запрос (MPOA Resolution Request), содержащий lP-адрес станции В, серверу MPS1 (1).

            Шаг2. Сервер MPS1, получив этот запрос, формирует запрос протокола NHPR (NHPR Resolution Request) и передает его серверу MPS2 (2).

            Шаг 3. Сервер MPS2 после получения запроса NHRP формирует и посылает клиенту MPC2 сообщение с запросом (MPOA Cache Imposition Request) о приеме  уединения. Этот запрос выясняет готовность выходного клиента MPC2 к установлению прямого соединения. Клиент MPC2 в случае положительного ответа описывает полученную в запросе информацию в свою буферную память для дальнейшего использования.

            Шаг 4. Клиент MPC2, убедившись в своей возможности принять на обслуживание виртуальное соединение, направляет положительный ответ (МОА Cache Imposition Reply) серверу MPC2 (4). В этом ответе содержится адрес АТМ, который может быть использован для установления. Если клиент MPC2 не может поддерживать новое виртуальное соединение, он отвечает сообщением об ошибке.

            Шаг 5. Сервер MPS2, получив ответ от клиента, вставляет содержащийся В нем адрес АТМ в ответ протокола NHRP (NHRP Resolution Reply), который посылается обратно к серверу MPS1 4).

            Шаг 6. Сервер MPS1, получив сообщение от сервера MPS2, преобразует со. общения протокола NHRP в сообщение MPOA (MPOA Resolution Reply) и пересылает его клиенту МРС1 (6), который затем будет использовать полученный АТМ-адрес для установления кратчайшего прямого соединения с клиентом MPC2 (7, 8).

            MPLS. Передача IP-пакетов по сети АТМ может осуществляться по тexнологии коммутации меток (Multi-Protocol Label Switching, MPLS). В настоящее время существуют два основных способа создания магистральных IP-сетей: с помощью IP-маршрутизаторов, соединенных каналами «точка — точка», либо базе транспортной сети АТМ, поверх которой работают IP-маршрутизаторы. Применение MPLS оказывается выгодным в обоих случаях. В магистральной сети АТМ оно дает возможность одновременно предоставлять клиентам как стандартные сервисы АТМ, так и широкий спектр услуг IP-сетей вместе с дополнительными услугами. Такой подход существенно расширяет пакет услуг провайдера, заметно повышая его конкурентоспособность. Тандем IP и ATM, соединенных посредством MPLS, способствует еще большему распространению этих технологий и создает основу для построения крупномасштабных сетей с интеграцией сервисов.

            Технология MPLS очень близка к тому, чтобы стать стандартом. И хотя paбoта в данном направлении еще не завершена, многие крупные компании уже сейчас предлагают решения на базе MPLS, а поставщики услуг вроде AT&T, Hongkong Telecom, vBNS и Swisscom объявили о начале эксплуатации сетей MPLS. Компания Магcоni не только участвует в разработке, стандартизации и  маркетинге MPLS, но и разрабатывает ПО MPLS, OSPF и BGP-4 для коммутатора ASX-4000, который является идеальным АТМ-коммутатором для работы] в крупных телекоммуникационных центрах.

            Принцип коммутации. В основе MPLS лежит принцип обмена меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня  (Forwarding Equivalence Class, FEC), каждый из которых идентифицируется определенной меткой. Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узлами сети MPLS, которые называются также маршрутизаторами, коммутирующими по меткам (Label Switching Router, LSR). Метка передается в составе любого пакета, причем способ ее привязки к пакету зависит от используемой технологии канального уровня.

            Маршрутизатор LSR получает топологическую информацию о сети, участвуя и Работе алгоритма маршрутизации — OSPF, BGP, IS-IS. Затем он начинает взаимодействовать с соседними маршрутизаторами, распределяя метки, которые и дальнейшем будут применяться для коммутации. Обмен метками может производиться с помощью как специального протокола распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP), так и модифицированных версий других протоколов сигнализации в сети (например, незначительно видоизмененных протоколов маршрутизации, резервирования ресурсов RSVP и др.).

            Распределение меток между LSR приводит к установлению внутри домена MPLS путей с коммутацией по меткам (Label Switching Path, LSP) (рис. 3.36). Каждый маршрутизатор LSR содержит таблицу, которая ставит в соответствие пире «входной интерфейс — входная метка» тройку «префикс адреса получателя— выходной интерфейс — выходная метка». Получая пакет, LSR по номеру интерфейса, на который пришел пакет, и по значению привязанной к пакету метки определяет для него выходной интерфейс. (Значение префикса применяется лишь для построения таблицы и в самом процессе коммутации не используется.) Старое Значение метки заменяется новым, содержавшимся в поле «выходная метка» таблицы, и пакет отправляется к следующему устройству на пути LSP.

            Вся операция требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса отправителя с наиболее длинным адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной маршрутизации.

            Сеть MPLS делится на две функционально различные области — ядро и граничную область (см. рис. 3.36). Ядро образуют устройства, минимальным требованием к которым является поддержка MPLS и участие в процессе маршрутизации трафика для того протокола, который коммутируется с помощью MPLS. Маршрутизаторы ядра занимаются только коммутацией. Все функции классификации пакетов по различным классам (FEC), а также реализацию таких дополнительных сервисов, как фильтрация, явная маршрутизация, выравнивание нагрузки и управление графиком, берут на себя граничные LSR. В результате интенсивные вычисления приходятся на граничную область, а высокопроизводительная ампутация выполняется в ядре, что позволяет оптимизировать конфигурацию устройств MPLS в зависимости от их местоположения в сети.

            Таким образом, главная особенность MPLS — отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адресов в его заголовке, что открывает ряд привлекательных возможностей. Очевидным следствием описанного подхода является тот факт, что очередной сегмент LSP может не совпадать с очередным сегментом маршрута, который был бы выбран при традиционной маршрутизации. Поскольку на установление соответствия пакетов определенным классам FEC могут влиять не только IP-адреса, но и другие параметры, нетрудно реализовать, например, назначение различных LSP пакетам, относящимся к различным потокам RSVP или имеющим разные приоритеты обслуживания. Конечно, подобный сценарий удается осуществить и в обычных маршрутизируемых сетях, но решение на базы MPLS оказывается проще и к тому же гораздо лучше масштабируется.

 

                                  

 

            Каждый из классов FEC обрабатывается отдельно от остальных — не только потому, что для него строится свой путь LSP, но и в смысле доступа к общим ресурсам (полосе пропускания канала и буферному пространству). В результате технология MPLS позволяет очень эффективно поддерживать требуемое качество обслуживания, не нарушая предоставленных пользователю гарантий. Применение в LSR таких механизмов управления буферизацией и очередями, как WRED, WFQ или CBWFQ, дает возможность оператору сети MPLS контролировать распределение ресурсов и изолировать трафик отдельных пользователей.

            Метка — это короткий идентификатор фиксированной длины, который определяет класс FEC. По значению метки пакета выясняется его принадлежность и конкретному классу на каждом из участков коммутируемого маршрута.

            Как уже отмечалось, метка должна быть уникальной лишь в пределах соединения между каждой парой логически соседних LSR. Поэтому одно и то же ее Значение может использоваться LSR для связи с различными соседними маршрутизаторами, если только имеется возможность определить, от какого из них пришел пакет с данной меткой. Другими словами, в соединениях «точка — точка» допускается применять один набор меток на интерфейс, а для сред с множественным доступом необходим один набор меток на модуль или все устройство. В реальных условиях угроза исчерпания пространства меток очень маловероятна.

            Перед включением в состав пакета метка определенным образом кодируется. В случае использования протокола IP она помещается в специальный «тонкий» заголовок пакета, инкапсулирующего IP. В других ситуациях метка записывается  заголовок протокола канального уровня или кодируется в виде определенного значения VPI/VCI (в сети АТМ). Для пакетов протокола IPv6 метку можно разместить в поле идентификатора потока.

            Стек меток. В рамках архитектуры MPLS вместе с пакетом разрешено передавать не одну метку, а целый стек. Операции добавления/изъятия метки определены как операции на стеке (push/рор). Результат коммутации задает лишь верхняя метка стека, нижние же передаются прозрачно до операции изъятия верхней. Такой подход позволяет создавать иерархию потоков в сети MPLS и организовывать туннельные передачи. Стек состоит из произвольного числа элементов, каждый из которых имеет длину 32 бита: 20 бит составляют собственно метку, 8 отводятся под счетчик времени жизни пакета, один указывает на нижний предел стека, а три не используются.

            Преимуществами MPLS:

            — отделение выбора маршрута от анализа IP-заголовка, что дает возможность предоставлять широкий спектр дополнительных сервисов при сохранении масштабируемости сети;

            — ускоренная коммутация, сокращается время поиска в таблицах;

            — гибкая поддержка качества обслуживания QoS, интегрированных сервисов и виртуальных частных сетей;

            — эффективное использование явного маршрута;

            — сохранение инвестиций в установленное АТМ-оборудование;

            — разделение функциональности между ядром и граничной областью сети.