Мультисервисные сети ATM.

Технологии коммутации и маршрутизации

Сегодня сетевые операторы рассматривают возможности применения в магистральных сегментах различных сетевых технологий доставки ин-формации, под которыми мы будем понимать в дальнейшем методы ком-мутации и маршрутизации. Наряду с классическими методами коммутации каналов (телефонные сети общего пользования) и пакетов (протокол Х.25 в сетях передачи данных общего пользования), широко используются мето-ды коммутации кадров (Frame Relay), коммутации ячеек (ATM) и методы коммутации пакетов, базирующиеся на IP-ориентированных протоколах. Появление большого числа новых приложений, связанных, в первую очередь, с передачей мультимедийного трафика, ведет к необходимости выбора наиболее эффективных или оптимальных сетевых технологий дос-тавки. Как уже было отмечено выше, наблюдается очевидный сдвиг от сис-тем коммутации каналов к системам с коммутацией пакетов, от систем, ориентированных на соединения, к системам, не ориентированным на со-единения. Вместе с тем в рамках этих процессов одни технологии, попу-лярные еще несколько лет назад, постепенно уходят с рынка, тогда как другие начинают распространяться с неожиданно высокой скоростью. Далее рассматриваются принципы технологий ATM и IP и определя-ются возможные сегменты их применения в широкополосных сетях буду-щего.

Технология ATM

Идеи перехода от отдельных сетей для различных типов трафика к единой сети, в которой передавались бы все виды информации, начали раз-виваться еще в 60 г.г. Однако относительно низкий технологический уровень телекомму-никационных систем и сетей и отсутствие соответствующей элементной базы не позволили перейти к реализации таких сетей в течение более чем 30 лет. В 70-е и 80-е гг. начался значительный прогресс в микроэлектрони-ке и программном обеспечении, сопровождаемый построением сетей связи с высокой пропускной способностью на базе волоконно-оптических систем. Успехи именно в этих направлениях позволили вплотную подойти к реали-зации идеи создания единой сети связи для всех типов трафика. В начале 80-х гг. в ряде мировых исследовательских центров (СМЕТ, Франция, Bell Labs., США) начались работы по созданию сетей общего пользования нового типа – широкополосных цифровых сетей интегрально-го обслуживания (ШЦСИО, B-ISDN, Broadband Integrated Services Digital Networks). Концепция ШЦСИО предполагает что оператор предоставляет пользователю весь возможный набор узкополосных и широкополосных ус-луг в рамках одной сети на базе единого метода распределения информа-ции. Одной из основных проблем, с которой столкнулись разработчики концепции ШЦСИО, была проблема выбора единого метода доставки и распределения информации. В первых рекомендациях МСЭ, в которых описывалась концепция ШЦСИО (1988), в качестве такого единого метода распределения информации был предложен метод асинхронной доставки информации, основанный на технологии ATM. Технология ATM представ-ляет собой разновидность метода коммутации пакетов и рассматривается как набор протоколов для применений, ориентированных на соединения с гарантированным качеством обслуживания, означающим выделение необ-ходимой полосы пропускания и обеспечение минимальных задержек. Перечислим основные свойства метода ATM:

 исходное сообщение после представления в цифровой форме и пе-ред передачей в сеть связи разделяется на протокольные блоки фиксиро-ванной длины, равной 48 байтам;

 каждый протокольный блок дополняется служебной частью – заго-ловком размером 5 байт, образуя ячейку ATM размером 53 байта: заголо-вок содержит адресную часть, элементы защиты заголовка от ошибок и другую служебную информацию, необходимую для гарантированной дос-тавки ячеек через сеть;

 последовательность ячеек ATM, принадлежащих одному сообще-нию, передается через виртуальные соединения (постоянные или коммути-

руемые), поддерживаемые коммутаторами ATM, в которых обрабатывают-ся только заголовки ячеек;

 при прохождении ячеек через коммутатор ATM ячейки накапли-ваются в промежуточных буферах коммутатора, что обеспечивает возмож-ность статистического использования сетевых ресурсов;

 обработка ячеек в коммутаторе ATM (анализ адреса, защита от ошибок, управление потоком ячеек) осуществляется на втором уровне эта-лонной модели OSI;

 на стороне адресата ячейки ATM освобождаются от заголовков и собираются в единую последовательность, из которой затем формируется исходное сообщение.

Сети ШЦСИО, построенные на базе технологии ATM, обеспечивают следующие возможности:

 доставку всех видов информации (речь, данные, музыку, подвиж-ные, неподвижные, цветные и черно-белые изображения, информацию мультимедиа) с высокими показателями качества обслуживания;

 поддержку интерактивных (диалоговых) служб и служб распреде-ления информации (с управлением и без управления со стороны пользова-теля);

 статистическое распределение сетевых ресурсов в соответствии с требованиями пользователей (гарантированная полоса пропускания), что обеспечивает эффективную передачу как непрерывного, так и пачечного трафика, а также экономический выигрыш при замене арендованных линий.

Технология ATM была выбрана в качестве базовой для построения ШЦСИО, поддерживающей как узкополосные, так и широкополосные ус-луги. Иными словами, технология ATM должна обеспечивать функциони-рование сетей с достаточно высокими пропускными способностями, нахо-дящимися в диапазоне десятков-сотен Гбит/с (в настоящее время диапазон требуемых пропускных способностей расширен до значений несколько Тбит/с). В терминах основных характеристик сети это означает, что межкон-цевые задержки в территориально распределенных сетях должны состав-лять единицы мс и время обработки протокольных блоков в коммутаторах – десятки и сотни мс. Соответственно, производительность узлов коммута-ции ATM должна определяться цифрами порядка десятков-сотен миллио-нов протокольных блоков (ячеек) в секунду.

Реализация подобных характеристик стала возможна только в начале 90-х гг., благодаря прогрессу в микроэлектронике и волоконно-оптических системах связи. Волоконно-оптические системы связи обеспечивают высо-кий уровень достоверности передаваемой информации. Вероятность оши-бок в современных системах передачи может достигать 10-10 - 10-11, что по-зволяет значительно уменьшить объем операций (и, следовательно, вре-менные затраты) по защите от ошибок. Как известно, именно эти операции, применяемые в традиционных сетях с коммутацией пакетов, являются од-ним из источников существенных задержек. Кроме того, в классических системах с коммутацией пакетов (напри-мер, на базе протокола Х.25) обработка пакетов базируется на использова-нии программных средств и, следовательно, ведет к существенной загрузке основного процессора коммутатора, а также к значительным временным задержкам. Успех в области создания заказных высокопроизводительных микросхем с большой степенью интеграции позволяет создать коммутато-ры ATM, в которых основная часть операций по обработке ячеек выполня-ется с помощью распределенных микропроцессорных сетей. Реализация таких операций, как анализ адресной части, обнаружение ошибок, сборка и разборка протокольных блоков, производится в коммута-торах ATM на аппаратном уровне, что обеспечивает пропускную способ-ность сетевых узлов в десятки и сотни Гбит/с. При появлении первых сетей ATM (конец 80-х – начало 90-х гг.) воз-можности нового метода были сильно преувеличены. Энтузиасты ATM предполагали, что в недалеком будущем технология ATM станет универ-сальной и будет применяться в локальных, кампусных, региональных и территориально распределенных сетях для обеспечения большого числа приложений, начиная от телефонии и кончая будущими мультимедийными услугами. Высказывались также предположения о возможности доведения ATM до настольных систем. Однако с течением времени энтузиазм относительно ATM в стреми-тельно меняющемся телекоммуникационном мире значительно уменьшил-ся. Темпы развития систем ATM оказались существенно более медленными, чем ожидалось. Технология ATM так и не стала универсальным методом транспортировки информации. Среди причин этого можно отметить как сложность и относительно высокую стоимость реализации и эксплуатации сетей ATM, так и появление конкурирующих технологий (IP, Ethernet и др.), ограничивающих возможности широкого применения ATM. Достоинства и недостатки технологии ATM сегодня хорошо извест-ны. Если необходимо на основе статистического уплотнения обеспечить гарантированное качество обслуживания и эффективное использование се-тевых ресурсов, очевидно, что одним из возможных решений для операто-ров территориально распределенных сетей в настоящее время является технология ATM. Вместе с тем, стоимость и сложность оборудования ATM остаются достаточно высокими, ограничивая широкомасштабные приме-нения технологии ATM во всех сетевых сегментах. Можно считать, что технология ATM прошла этапы рождения, больших надежд и гиперболиза-ции своих возможностей, депрессии и вышла на этап зрелости.

Мультисервисные сети ATM.

В течение определенного периода вре-мени технология ATM будет сохранять ведущую роль как транспортная технология в магистральных сегментах территориально распределенных 88 сетей для переноса бизнес-трафика, формируемого в кампусных, локаль-ных и учрежденческих телефонных сетях. Основным требованием в таких сетях (частных или общего пользования) является обеспечение мультисер-висных возможностей. Выигрыш при построении мультисервисных сетей на базе техноло-гии ATM определяется несколькими факторами.

 Пачечная природа трафика, характерная для сетей передачи дан-ных, позволяет операторам сетей ATM эффективно разделять пропускные способности магистральных линий среди пользователей и, соответственно, увеличивать число пользователей.

 Возможность технологии ATM предоставлять пропускную способ-ность по требованию (концепция гибкой полосы пропускания) приводит к уменьшению стоимости передачи информации. При аренде выделенных линий пользователь должен платить за весь ресурс арендованной линии не-зависимо от того, какая реальная пропускная способность ему требуется. При использовании ATM абонент может установить скорость доступа в со-ответствии с его требованиями и характеристиками трафика, определив при этом также и время использования ресурса, поскольку пользователь платит только за действительно используемую пропускную способность, а не за арендованный тракт с фиксированной полосой пропускания.

 Применение технологии ATM, обеспечивающей гарантированное качестве обслуживания, ведет к уменьшению числа выделенных линий, широко применяемых сегодня в корпоративных сетях. Эти факторы могут сыграть важную роль в стратегии компаний и крупных операторов при оп-ределении путей развития их сетей.

Таким образом, сегодня существует определенная ниша для приме-нения технологии ATM при построении мультисервисных сетей. Однако необходимо учитывать, что построение мультисервисной сети ATM может быть экономически оправданным для компаний, использующих в базовых сетях, главным образом, выделенные линии и технологию Frame Relay. Возможности использования ATM для построения единой мультисервис-ной сети могут быть существенно ограничены в будущем рядом факторов, среди которых отметим следующие. Во-первых, уже сегодня наблюдается существенное падение стоимо-сти аренды выделенных линий в связи со взрывным ростом доступных пропускных способностей магистралей, благодаря технологиям SDH и DWDM. Во-вторых, очевидна тенденция миграции сетей в сторону все бо-лее широкого применения технологии IP как единой технологии для боль-шинства услуг, включая передачу речи (Voice over IP, VoIP) и видеоин-формации.

Прогресс протоколов Интернет, связанный, в основном, с возможно-стью обеспечения гарантированных показателей качества обслуживания, может привести к тому, что мультисервисные возможности ATM не смогут 89

составить конкуренцию применению протоколов Интернет в качестве еди-ной технологии в магистральных сетях. Уже сегодня применение IP и свя-занных протоколов для построения виртуальных частных сетей (VPN) обеспечивает более привлекательные решения по сравнению с традицион-ными сетями передачи данных и арендой выделенных линий и представля-ет серьезную конкуренцию технологии ATM в сетях небольших и средних компаний. Однако процесс перехода к широкому применению технологии IP длится уже более 10 лет и это означает, что рынок для ATM все еще ос-тается открытым.

Еще в начале 90-х гг. разработчики оборудования для сетей Интернет пришли к пониманию того, что для кардинального и вместе с тем эффек-тивного применения концепции Интернет как основы глобальной сети должна быть проведена существенная модификация стека IP-ориентированных протоколов. Ревизия протоколов предполагала как усо-вершенствование уже используемых протоколов семейства IP, так и созда-ние новых механизмов, обеспечивающих требуемые показатели качества обслуживания. Прежде всего, необходимо было дополнить базовый стек протоколов TCP/IP механизмами управления пропускной способностью, которые мог-ли бы гарантировать требуемое качество обслуживания. Разработка таких механизмов и соответствующих протоколов является сегодня первоочеред-ной задачей Комитета IETF, разрабатывающего спецификации по основ-ным наборам IP-ориентированных протоколов. В процессе усовершенство-вания IP-ориентированных протоколов участвует также большое число производителей оборудования и исследовательских групп во всем мире. Вопросы, связанные с качеством обслуживания в сетях IP рассматриваются более детально в р. 2.3.3. Безопасность информации. Сеть должна гарантировать не только ка-чественную доставку информации, но и обеспечить защиту ее от несанк-ционированного доступа. Однако один из основных принципов сети Ин-тернет – принцип открытых систем, приводит к тому, что сети на базе про-токолов TCP/IP характеризуются весьма низким уровнем безопасности. Уровень серьезности этой проблемы значительно возрастает в терри-ториально распределенных IP-сетях, включающих в свой состав большое число территориально разнесенных элементов (каналов и узлов). , Обеспе-чение безопасности в территориально распределенных сетях – как в корпо-ративных, так и в сетях общего пользования, является первоочередной за-дачей, поскольку несанкционированный доступ к информации ведет к ог-ромным материальным и моральным потерям.

. Эволюция технологий в сетях Интернет

Основные направления эволюции технологий .

Взрывной рост сети Интернет в 90-х гг. и постепенное ее превращение в глобальную сеть при-вели к тому, что принципы, заложенные в исходный протокол IP, стали 96 препятствовать дальнейшему развитию сети – как количественному, так и качественному. Ресурсы исходного семейства протоколов IP, прежде всего касаю-щиеся возможностей адресации, оказались исчерпаны. Рост сетей IP привел к дефициту IP-адресов. Взрывной рост объемов трафика начал вызывать перегрузки на магистральных участках сети, блокируя нормальную работу сетевых узлов. Развитие новых услуг, связанных с индустрией развлечений и электронной коммерцией, определило появление информационных пото-ков с новыми характеристиками (в первую очередь, мультимедийного тра-фика) и новыми требованиями к показателям качества обслуживания. На-конец, использование Интернет в коммерческих целях остро поставило во-прос о необходимости применения специальных мер по защите информа-ции. В ответ на возникшие проблемы в начале 90-х гг. под эгидой Комите-та IETF были активизированы исследования по расширению возможностей наиболее распространенной сегодня в сетях IP четвертой версии классиче-ского протокола (IPv4), а также по созданию новых механизмов и протоко-лов. Основные задачи, которые необходимо было решить при создании улучшенного семейства IP-ориентированных протоколов, состоят в сле-дующем:

 разработка масштабируемой системы адресации, обеспечивающей увеличение числа доступных IP-адресов и упрощение их конфигурирова-ния;

 повышение эффективности маршрутизации путем упрощения про-цедур обработки адресной части пакетов в узлах сети;

 введение новых механизмов, поддерживающих гарантированное качество обслуживания;

 разработка новых средств аутентификации и защиты информации;

 возможность поддержки мобильных услуг в Интернет.

Д. Протокол IPv6 В 1994 г, в IETF была создана группа для разработки документов по протоколам IP нового поколения. В 1995 г. IETF принял спецификацию RFC 1752, определившую усовершенствованный протокол IP версии 6 (IPv6). Дадим краткую характеристику основных свойств протокола IPv6.

Увеличение длины служебной части пакета. Основная цель при уве-личении длины заголовка IP-пакетов заключалась в усовершенствовании системы адресации. Число разрядов поля адреса в протоколе IPv4 (32 бита) дает возможность присвоения почти 4,3 млрд. адресов; с учетом роста гло-бальной сети этого количества может хватить на ближайшее десятилетие. Однако процессы развития новых услуг (сегодня это, в первую очередь – развитие электронной коммерции, сопровождаемой появлением миллионов 97 новых компаний) и соответствующий рост потребностей в новых IP-адресах могут привести к тому, что запас адресов может истощиться до-вольно быстро. Переход к длине адресного поля, равной 728 бит, обеспечивает жите-лей земли практически неисчерпаемым числом адресов, превышающим ве-личину 1020 (!) на каждое устройство, которому может быть присвоен сете-вой адрес. Благодаря неограниченному количеству адресов будут решены многие проблемы, в том числе трансляция адресов, поддержка сегментов с закрытыми адресными пространствами, присвоение адресов любому типу объектов и т.д. Кроме расширения адресного поля, в протоколе IPv6 значительно увеличена полная длина заголовка пакета – со 192 (IPv4) до 320 бит. Это позволило разделить служебную часть на основной и дополнительный за-головки и вынести ряд необязательных или опциональных параметров в дополнительные поля. В предыдущих версиях опциональные параметры размещались в основном заголовке и маршрутизаторы должны были обра-батывать большой объем ненужной информации. В протоколе IPv6 мар-шрутизатор обрабатывает только необходимую информацию, что снижает время обработки пакетов и суммарную нагрузку.

Повышение эффективности работы маршрутизаторов .

При реали-зации протокола IPv4 маршрутизаторы выполняли полный набор функций обработки пакетов. В версии IPv6 предусматривается ряд процедур, позво-ляющих уменьшить нагрузку на маршрутизаторы. В состав этих процедур входят:

 агрегирование адресов, ведущее к уменьшению размера адресных таблиц и, как следствие, к уменьшению времени анализа и обновления таб-лиц;

 перенос функций фрагментации пакетов (в случае их слишком большой длины) в узлы доступа (пограничные узлы);

 использование механизма маршрутизации от источника, когда узел-источник определяет межконцевой маршрут прохождения пакета че-рез сеть, а маршрутизаторы внутри сети освобождаются от процедуры оп-ределения следующего маршрутизатора для данного пакета;

 уже упоминавшийся отказ от обработки опциональных параметров заголовка,

Обеспечение безопасности информации. Протокол IPv6 предусмат-ривает применение встроенных механизмов защиты информации, называе-мых IPSec (IP Security). Для этого вводится специальный дополнительный заголовок Encryp-tion, Механизмы и спецификации IPSec описанные в документе RFC 2401 («Security Architecture for the Internet Protocol», 1998), обеспечивают:

 аутентификацию источников и получателей информации;

 шифрование, аутентификацию и целостность передаваемых дан-ных.

Протоколы аутентификации пользователей и защиты данных сегодня становятся весьма популярными, особенно в связи с возможностями их применения при организации виртуальных частных сетей. Проблемы внедрения протокола IPv6. При обсуждении перспектив распространения протокола IPv6 необходимо иметь в виду, что основная часть аппаратно-программных сетевых модулей реализует протокол IP чет-вертой версии. В связи с этим возникает проблема, как наиболее эффектив-но осуществить переход на новое семейство протоколов, ориентированных на версию IPv6, В начале 1996 г, для проверки свойств новой шестой версии протоко-ла IP и исследования проблем, возникающих при переходе от IPv4 к IPv6, по инициативе IETF создана экспериментальная сеть 6Вопе, охватывающая страны Северной Америки, Европы (в том числе и Россию), Японию и включающая в себя несколько сотен сетей IP. В сети 6Вопе часть маршру-тизаторов поддерживает обе версии протокола IP, образуя виртуальную сеть, функционирующую поверх сети IPv4 и обеспечивающую передачу пакетов между рабочими станциями (хостами) и между маршрутизаторами по протоколу IPv6, Процесс инкапсуляции протокольных блоков IPv6 в да-таграммы протокола IPv4 и их передачи называется туннелированием. Фрагменты, поддерживающие протокол IPv6, соединяются между собой туннелями. Документ RFC 1933 определяет четыре типа туннелей – между маршрутизаторами, между рабочими станциями и между маршрутизатора-ми и рабочими станциями. Благодаря большому набору новых функциональных возможностей, протокол IPv6, безусловно, получит широкое распространение. Однако пе-реход к новому протоколу требует существенной модификации сетевых продуктов – маршрутизаторов, коммутаторов и операционных систем, под-держивающих протокол IPv4. Очевидно, что с учетом масштабов распространения базового прото-кола IPv4, подобная модификация сети Интернет потребует значительных затрат как временных, так и финансовых. Поэтому, несмотря на новые функциональные возможностями протокола IPv6, перед сетевыми операто-рами и провайдерами Интернет стоит достаточно сложная задача выбора вариантов перехода на новый протокол.

Характеристика района внедрения сети. Структурированные кабельные системы. Обзор технологий мультисервисных сетей. Разработка проекта мультисервистной сети передачи данных для 27 микрорайона г. Братска. Расчёт оптического бюджета мультисервисной сети.

Нажав на кнопку "Скачать архив", вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку "Скачать архив"

Подобные документы

Процесс построения мультисервисных сетей связи, его этапы. Анализ технологий сетей передачи данных, их достоинства и недостатки. Проектирование мультисервисной сети связи с использованием телекоммуникационного оборудования разных производителей.

курсовая работа , добавлен 23.12.2012


Способы построения мультисервисной сети широкополосной передачи данных для предоставления услуги Triple Play на основе технологии FTTB. Обоснование выбранной технологии и топологии сети. Проведение расчета оборудования и подбор его комплектации.

дипломная работа , добавлен 11.09.2014


Создание широкополосного абонентского доступа населению микрорайона "Зареченский" г. Орла, Анализ инфраструктуры объекта. Выбор сетевой технологии, оборудования. Архитектура построения сети связи. Расчет параметров трафика и нагрузок мультисервисной сети.

дипломная работа , добавлен 16.02.2016


Характеристика существующей телефонной сети Бурлинского района. Количество монтированных и задействованных портов технологии АDSL на СТС. Выбор типа оборудования. Разработка перспективной схемы развития мультисервисной сети. Разработка нумерации сети.

дипломная работа , добавлен 22.06.2015


Сущность и функции мультисервисной сети. Проектирование локальной сети центрального офиса и локальных сетей удаленных офисов. Распределение IP-Адресации. Характеристика организации радиоканалов. Анализ принципов при выборе оборудования проводной связи.

курсовая работа , добавлен 29.01.2014


Изучение организации связи в мультисервисной сети, технические характеристики оборудования, структура аппаратных средств и программного обеспечения. Построение схемы мультисервисной сети на базе цифровой коммутационной системы HiPath 4000 фирмы Siemens.

дипломная работа , добавлен 25.04.2012


Расчет количества и стоимости оборудования и материалов для подключения к сети передачи данных по технологии xPON. Выбор активного и пассивного оборудования, магистрального волоконно-оптического кабеля. Технические характеристики широкополосной сети.

дипломная работа , добавлен 14.11.2017

Главная идея технологии АТМ была высказана достаточно давно - этот термин ввела лаборатория Bell Labs ещё в 1968 году. Основной разрабатываемой технологией тогда была технология TDM с синхронными методами коммутации, основанными на порядковом номере байта в объединённом кадре. Главный недостаток технологии TDM, которую также называют технологией синхронной передачи STM, заключается в невозможности перераспределять пропускную способность объединённого канала между подканалами. В те периоды времени, когда по подканалу не передаются пользовательские данные, объединённый канал всё равно передаёт байты этого подканала, заполненные нулями.

Попытки загрузить периоды простоя подканалов приводят к необходимости введения заголовка для данных каждого подканала. В промежуточной технологии STDM, которая позволяет заполнять периоды простоя передачей пульсаций трафика других подканалов, действительно вводятся заголовки, содержащие номер подканала. Данные при этом оформляются в пакеты, похожие по структуре на пакеты компьютерных сетей. Наличие адреса у каждого пакета позволяет передавать его асинхронно, так как местоположение его относительно данных других подканалов уже не является его адресом. Асинхронные пакеты одного подканала вставляются в свободные тайм-слоты другого подканала, но не смешиваются с данными этого подканала, так как имеют собственный адрес.

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удаётся добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации. Хотя сети ISDN также разрабатывались для передачи различных видов трафика в рамках одной сети, голосовой трафик явно был для разработчиков более приоритетным. Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями .

Гетерогенность - неотъемлемое качество любой крупной вычислительной сети, и на согласование разнородных компонентов системные интеграторы и администраторы тратят большую часть своего времени. Поэтому любое средство, сулящее перспективу уменьшения неоднородности сети, привлекает пристальный интерес сетевых специалистов. Технология АТМ разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг - B-ISDN.

По планам разработчиков единообразие, обеспечиваемое АТМ, будет состоять в том, что одна транспортная технология сможет обеспечить несколько перечисленных ниже возможностей:

передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причём для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям;

иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений;

общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей;

сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов: Т1/E1, T3/E3, SDH STM-n, FDDI;

взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Службы верхних уровней сети B-ISDN должны быть примерно такими же, что и у сети ISDN - это передача факсов, распространение телевизионного изображения, голосовая почта, электронная почта, различные интерактивные службы, например проведение видеоконференций. Высокие скорости технологии АТМ создают гораздо больше возможностей для служб верхнего уровня, которые не могли быть реализованы сетями ISDN - например, для передачи цветного телевизионного изображения необходима полоса пропускания в районе 30 Мбит/с. Технология ISDN такую скорость поддержать не может, а для АТМ она не составляет больших проблем.

Разработку стандартов АТМ осуществляет группа организаций под названием ATM Forum под эгидой специального комитета IEEE, а также комитеты ITU-T и ANSI. АТМ - это очень сложная технология, требующая стандартизации в самых различных аспектах, поэтому, хотя основное ядро стандартов было принято в 1993 году, работа по стандартизации активно продолжается. Оптимизм внушает тот факт, что в ATM Forum принимают участие практически все заинтересованные стороны - производители телекоммуникационного оборудования, производители оборудования локальных сетей, операторы телекоммуникационных сетей и сетевые интеграторы.

Введение

Современные мультисервисные сети операторов связи интенсивно охватывают все бOльшие территории, увеличивается база их абонентов, внедряются новые сервисы. Небезызвестная технология Triple Play одними провайдерами уже освоена, а другим предстоит еще познакомится с ней и с трудностями ее внедрения.

За внедрением Triple Play следует еще более возросшая нагрузка на пропускную способность каналов. Сами же каналы часто подвержены перегрузкам в часы пик, из-за чего в итоге страдает конечный пользователь.

Прежде всего, страдает трафик, чувствительный к задержкам, искажениям, времени передачи. К чувствительному трафику следует отнести трафик VoIP и IPTV. Не стоит забывать и о служебном (административном) трафике, без которого работа сети не представляется возможной. К нему следует отнести сервисы маршрутизации (RIP, OSPF), доменных имен (DNS), сервис DHCP, SNMP и прочие. Некоторые компании в ранг важного относят трафик приложений, от стабильной и быстрой работы которых, зависит вся деятельность и прибыль компании. Например, для провайдеров — это интернет трафик. Вследствие вызванных перегрузок естественно и уменьшается время доступа к сервисам.

Конечно, перегрузки можно предупреждать увеличением пропускной способности каналов передачи данных, но есть ряд существенных ограничений, из за чего данный метод не всегда может быть применим.

1. Это не всегда возможно в связи с используемой физической средой передачи данных.
2. Экономически неоправданно, то есть требует новых вложений (в частности - замена оборудования), что значительно может увеличить стоимость предоставляемых услуг.
3. Тяжело предсказать поведение трафика, его интенсивность, скорость увеличения, так как все это зависит от большого числа параметров. Особенно, это касается развивающейся, быстро растущей сети. Рост сети подразумевает не только увеличение количества абонентов, но и появление новых сервисов.

Но не все так грустно, как может показаться на первый взгляд. Еще «основатели» Интернет предполагали о необходимости управления качеством обслуживания в сетях IP. Внедрение (Добавление) в заголовок IP-пакета байта типа обслуживания (ToS - Type of Service), положило начало созданию целого набора технологий качества обслуживания (QoS - Quality of Service).

С течением времени, они развивались и дополнялись новыми алгоритмами, механизмами обслуживания очередей и механизмами предотвращения перегрузки, и в настоящее время, позволяют (иногда даже в корне) изменить ситуацию в IP-сетях в лучшую сторону.

QoS

Допустим, необходимо предоставить возможность получать трафик пользователями в соответствии с его важностью. Тогда, необходимы механизмы отделения важного трафика от всего остального, механизмы обработки этого важного трафика в соответствии с политикой провайдера, а также возможность предотвращения перегрузки сети. Таким образом, мы подходим к теме функционирования технологии QoS.

Маркировка пакетов и их классификация

Маркировка пакетов служит для идентификации определенного типа трафика и может осуществляться следующим образом:

• установкой в заголовке IP-пакета значения поля IP-приоритета (8 классов сервиса);
• установкой в заголовке IP-пакета значения поля кода дифференцированной услуги (DSCP) (64 класса сервиса);
• установкой значения в Ethernet фрейме с использованием 802.1p приоритета в заголовке 802.1Q (8 классов сервиса);
• установкой значения MPLS EXP в MPLS метке.

Классификация служит для разделения IP-пакетов относящихся к различным типам трафика в зависимости от значений полей заголовка IP-пакета.

Обработка пакетов

Сетевые устройства обладают буфером, благодаря которому есть возможность накапливать необходимое количество пакетов и обрабатывать их в зависимости от установленных приоритетов. Алгоритмы управления очередями начинают работать только в моменты переполнения буфера.

На данный момент используется несколько основных алгоритмов обработки очередей.

• Weighted Fair Queuing (WFQ) взвешенный алгоритм равномерного обслуживания.
• Weighted Round Robin (WRR) взвешенный алгоритм кругового обслуживания. Используется механизм с учетом назначения каждому потоку трафика своего веса и обработка потока пропорционально этому весу.
• Weighted Random Early Detection (WRED) взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения. Используется для предотвращения перегрузки сети.

Также существуют всевозможные модификации и дополнения к этим алгоритмам, которые могут отличаться у разных производителей сетевого оборудования.

Возможности QoS

1. Выделение из общего потока данных требуемого трафик и задание для него приоритета.
2. Повышение доступности приоритетного сервиса, вне зависимости от загруженности каналов.
3. Обработка приоритетного трафика в зависимости от установленной политики компании.
4. Улучшение характеристик трафика.
5. Возможность гибко изменять ценовую политику провайдерам, предоставляя различный уровень сервиса в зависимости от потребностей клиентов.

Постановка задачи

Перейдем собственно к описанию реальной задачи.

1. Необходимо подготовить существующую «домовую» сеть к внедрению сервиса теле- и радиовещания в сети.
2. Учесть влияние этого нового трафика на основные сетевые сервисы компании - предоставление выхода в сеть Интернет и услуги VoIP, учесть влияние быстро растущей базы абонентов и p2p трафика внутри локальной (пользовательской) сети.
3. Необходимо также решить как проводить модернизацию и масштабирование сети. Решение должно быть экономически оправданным.

Для начала, определим требования к сети.

Требования, предъявляемые для сервисов к сети

В традиционных сетях, где трафик создают приложения файлового обмена, почтовые сервисы, сервисы баз данных, требования, предъявляемые к сети и качеству обслуживания не столь высоки.

VoIP, видеоконференции

Для работы сервисов VoIP и видеоконференций требования к сети и качеству обслуживания сильно возрастают, так как необходимо обеспечить в сети для них:

1. низкие задержки для VoIP и интерактивного видео (видеоконференции) максимум 150 мс (милисекунд) в одну сторону (следуя International Telecommunication Union);
2. максимальное значение джиттера менее 10 мс для VoIP и 30 мс для интерактивного видео;
3. максимальные потери пакетов не более 0,25%;

Следует понимать, что пиковая нагрузка на каналы передачи данных в мультисервисных сетях в основном приходится на вечер, выходные дни недели и праздники.

VoD, AoD, ТРВ

Следует разделить эти сервисы на две категории:

• предоставление услуги VoD (Video on Demand), AoD (Audio on Demand) - видео/аудио по заказу (запросу);
• теле- и/или радиовещание - ТРВ (потоковое видео или аудио).

Для этих сервисов необходима различная пропускная способность. Для технологии VoD/AoD пропускная способность прямо пропорциональна количеству заказанных различных видеопотоков. Например, уже при заказе 100 пользователями различных фильмов при потоке 4-5 Мбит/с каждый, сформируется общий поток на магистрали 400-500 Мбит/с. Для снижения нагрузки на магистраль используется технология кеширующих серверов, располагающихся как можно ближе к абоненту.

Для сервиса ТРВ (потокового видео) используется технология multicast, которая существенно снижает нагрузку на магистраль. Однако, появляется требование поддержки оборудованием протокола групповой адресации IGMP и протоколов мультикаст маршрутизации (PIM, DVMRP).

Важные требования к сети для VoD/AoD и ТРВ:

• задержка не более 4-5 секунд. Столь большая задержка возможна благодаря использованию буферизации в видеоприложениях;
• по той же причине, не существует значительных требований к колебанию задержки;
• потери должны составлять максимум 1-2%.

Решение задачи

Исходя из вышеназванных критериев перейдем к практике и решим поставленную задачу. Разобьем решение на несколько этапов:

1. Представление структуры и логической схемы сети;
2. Внедрение технологии мультикастинга;
3. Реализация технологии QoS;
4. Тестирования QoS;

Структура сети

Сеть на данный момент представляет собой многоуровневую иерархическую структуру.

На рисунке 1 представлена схема сети и используемое оборудование. В нашем случае, сеть построена на оборудовании компании D-Link.

Как видно из схемы, к роутеру west DGS-3612G подключен видеосервер. Роутеры techcenter, west, nord, nord-mk9 связаны оптическими линиями связи на скорости 1 Гбит/c. Свитчи nord-sw04 и nord-sw03 подключены на скорости 100 Мбит/c. Клиентское оборудование подключается на скорости 10 Мбит/c.

Физическая структура разбита на несколько уровней:

• Ядро системы — techcenter
• Район города — nord,west
• Квартал — nord-mk9
• Дом — nord-sw04
• Подъезд — nord-sw03

Каждый дом подключен оптическим каналом связи. Внутри дома подъезды и клиенты подключены по технологии 100BASE-T Ethernet.

Достоинства сетевого оборудования этой компании применительно к нашим задачам:

• низкая стоимость;
• адекватная служба технической поддержки.

Недостатки:

• сыроватость программного обеспечения, что со временем исправляется, если сообщать о неполадках;
• не всегда соответствуют в полной мере заявленные возможности реальным;
• реализация функционирования работы протоколов не всегда соответствует стандартам из теории, что влечет за собой проблемы.

В таблице 1 приведена информация о некоторых возможностях используемого оборудования. Подробное описание оборудования можно найти на официальном сайте компании D-Link.

Стоит упомянуть, что настроить более-менее корректную конфигурацию в сетевом оборудовании удалось лишь при активном общении со службой технической поддержки из-за "глюков" и "особенностей" работы оборудования.

Петр Чачин

Отличительной особенностью современной ситуации в области телекоммуникаций является изменение трафика, передаваемого по сетям связи. Если до недавнего времени доминирующее положение занимала передача голосовых сообщений, то сейчас наблюдается взрывной рост объема передачи данных. В 1998 г. эти два показателя сравнялись, и прослеживается явная тенденция к дальнейшему увеличению последнего (ежегодный прирост речевого трафика составляет 3 - 5%, объема передачи данных - 100 - 200%).

В подобных условиях традиционные телефонные системы, базирующиеся на технологии временно/го мультиплексирования, становятся все менее эффективными. Их применение предполагает высокие капиталовложения, накладывает существенные ограничения на создание сетей с объединенными услугами, не позволяет рационально использовать канальную емкость. Специалисты возлагают большие надежды на новые технологии передачи речи по сетям с коммутацией пакетов, такие, как “голос поверх IP”, ATM, Frame Relay, и на создание на их основе универсальных базовых сетей. Об этом говорилось в докладах и дискуссиях конференции “Интеграция телефонных сетей и сетей документальной электросвязи - единая техническая политика”, организованной Ассоциацией документальной электросвязи (АДЭ, www.rans.ru).

Уже сегодня транспортные сети ориентируются не столько на передачу голосового трафика, сколько на передачу данных. “Вполне можно предположить, что через 3 - 5 лет большинство транспортных сетей будет носить универсальный характер. Различие между телефонными операторами и операторами передачи данных исчезнет”, - сказал Александр Громов, генеральный директор компании “МТУ-информ”.

Практически все поставщики телекоммуникационного оборудования (Nortel, Cisco, Motorola, Ericsson и др.) включились в соревнование за преобразование телефонных сетей в структуры, обеспечивающие пакетную передачу мультимедийной информации. “Использование мультисервисных сетей поможет избежать создания параллельных и наложенных сетей”, - отметил Алексей Любимов, директор по маркетингу фирмы Plus Communication.

Впрочем, российская специфика требует внесения коррективов в зарубежный опыт: можно сколько угодно рассуждать о преимуществах той или иной технологии, но при отсутствии сетей связи и при низкой платежеспособности населения и большинства предприятий многие вопросы попросту теряют актуальность.

“В России более 90% частных потребителей телефонных услуг ни в какой интеграции не нуждается и еще 10 лет нуждаться не будет. Рынок мелких корпоративных абонентов у нас существенно отличается от западного, он не может оказывать решающего влияния на интенсификацию распространения интегрированных услуг”, - убежден Юрий Яшнев, генеральный директор фирмы “Диалог-Сети”.