Начало функционирования WWW

(«Всемирной Паутины»)

Функциональность

Год

Лет

Широкополосные

аудио и видео (xDSL,

КАТВ и т. д.)

Узкополосные

Аудио и видео

Картинки

Графика

WWW

Текст

Передача коротких

Сообщений SMS

Картинки

Графика

HSCSD

WAP

Узкополосные аудио и

видео (GPRS)

Локализованные услуги

Широкополосные

Аудио и видео

(UMTS)

Рис. 1.8. Отставание по времени беспроводных сетевых приложений

от приложений в стационарных сетях

Примечание: xDSL – семейство технологий DSL (Digital Subscriber Line, Цифровая або-

нентская линия); UMTS – Universal Mobile Telecommunications Systems (стандарт сетей

сотовой связи третьего поколения); GPRS – General Packet Radio System, Общая услуга

пакетной радиосвязи (технология передачи данных с коммутацией пакетов для сетей

GSM); WWW – World-Wide Web, Услуга «Всемирная паутина»; HSCSD – High Speed

Circuit Switched Data, Высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов (тех-

нология для сетей GSM); WAP – Wireless Applications Protocol, Протокол беспроводных

приложений; SMS – Short Message System, Услуга передачи коротких сообщений

В. Развитие сетей Интернет

Современная сеть Интернет, как уже отмечалось выше, имеет соро-

калетнюю историю. Созданная в конце 60-х годов прошлого столетия на

заре развития цифровых технологий и первых успехов систем передачи на

базе волоконно-оптических технологий, инфраструктура Интернет демон-

стрирует сегодня взрывоподобные темпы развития в терминах числа сетей,

поддерживающих стек протоколов TCP/IP, количества пользователей, объ-

емов трафика, разнообразия приложений.

Одна из проблем развития сети интернет – рост числа пользователей.

В 2008 г. число пользователей, подключенных к сети Интернет через фик-

сированные сети, достигло 1,2 млрд. В конце первого десятилетия 21-

го века с учетом мобильных пользователей, использующих доступ в Ин-

тернет, эта цифра быстро приближается к 2 млрд. Рост масштабов Интер-

нет порождает существенное увеличение требований к пропускной способ-

ности транспортных сетей и сетей доступа. Развитие сетей Интернет и со-

провождающий его рост трафика данных ведут к тому, что в сетях связи

происходит смещение от технологий транспортировки, основанных на коммутации каналов, в сторону технологий, базирующихся на коммутации пакетов. Следует отметить, что на этот процесс оказывает влияние не толь-ко развитие Интернет, но и растущее применение высокоскоростных ло-кальных сетей и территориально распределенных сетей обработки данных, также использующих технологию коммутации пакетов. Вторая проблема в сегодняшних сетях Интернет определяется огром-ным ростом объемов трафика, обусловленным как ростом числа потреби-телей, так и увеличением количества и разнообразия приложений. Потре-бители информации все большее внимание уделяют приложениям, связан-ным с мгновенной передачей сообщений, социальными и игровыми веб-сайтами, загрузкой видео и музыкальных файлов. По оценкам компании Cisco видео приложения в Интернет занимают примерно от 20 до 30% об-щего объема трафика. Например, в США в 2000 году общий объем ежеме-сячного суммарного магистрального трафика Интернет (генерируемого всеми приложениями) составлял 25 Пбайт, тогда как в 2007 году только объемы видео трафика оценивались величиной порядка 29 Пбайт. Ожидается, что к 2015 году объемы мирового трафика Интернет воз-растут примерно в 20 – 50 раз по сравнению с 2009 годом. Объемы трафика в Интернет определяются следующими основными приложениями:

· WWW, электронная почта, пересылка файлов (без учета одноран-говых приложений);

· одноранговые приложения (Peer-to-Peer, P2P) распределения;

· файлов (Freenet, Gnutella, Morpheus, Kazaa и др.);

· видеоприложения, включая видеотелефонию, YouTube, IPTV;

· видео по требованию;

· приложения __________обработки данных, в которых программное обеспече-ние предоставляется пользователю как интернет-сервис;

· игры, распространяемые через Интернет;

· приложения, связанные с телеучастием – телеобучение, телемеди-цина.

Большинство новых приложений, требующих большого объема сете-вых ресурсов, получило название «пожирателей полосы». Ответом на эту проблему явилось внедрение технологий на базе волоконно-оптических се-тей, существенный рост пропускных способностей во всех сегментах сети Интернет – магистральных и городских сетях, а также в сетях доступа. Пропускная способность магистральных сегментов Интернет выросла за прошедшие 10 лет от сотен Мбит/с до десятков и сотен Гбит/с; в сотни раз возросли скорости доступа в Интернет. Возможности, связанные с более высокими скоростями, привели к созданию аудио- и видеоархивов (напри-мер, YouTube), также, как и к развитию одноранговых сетей для разделения

цифрового контента. Протокол VoIP, еще 15 лет назад рассматривавшийся как экзотическая новинка, сегодня отвоевал у традиционной телефонии примерно 25% речевого трафика. В сети Интернет получили широкое рас-пространение видеоконференции, услуги определения местонахождения, анализ карт, научных данных, результатов измерений датчиков и т.д. Рост масштабов сетей Интернет представляет собой пример наиболее быстрого принятия технологии массовым потребителем по сравнению с другими информационными технологиями. Так, например (рис. 1.9), в США число пользователей радио достигло 50 млн через 38 лет после его открытия; для 50 млн телевизионных зрителей этот срок составил 13 лет; персональные компьютеры стали доступны 50 млн пользователей через 16 лет после их изобретения. В то же время число абонентов Интернет дос-тигло 50 млн всего через четыре года после того, как сети Интернет стали фактически сетями общего пользования. Коммутация пакетов, предложенная в конце 60-х гг. для передачи дан-ных в форме блоков переменной длины, сегодня начинает все шире приме-няться и для других типов трафика. Проблемы, связанные с обеспечением требуемых показателей качества при пакетной передаче речи и видео в ин-терактивных приложениях начинают успешно решаться, благодаря приме-нению систем с высокой пропускной способностью и внедрению новых протоколов транспортировки информации. Наиболее ярким примером здесь является услуга Интернет-телефонии, основанная на передаче голо-совой информации в среде Интернет. Первые коммерческие системы для которой были продемонстрированы в 1995 г., а уже в конце первого деся-тилетия 21 века Интернет-телефония отвоевала у традиционной телефонии более 25% доходов дальней связи.

Рис. 1.9. Скорость проникновения различных технологий/услуг на рынок США Как следствие, широкое применение сетей с коммутацией пакетов для транспортировки все больших объемов трафика быстро ведет к умень-

шению роли коммутируемых телефонных сетей общего пользования и обеспечивает возможность массового доступа к недорогим телекоммуни-кационным услугам. 1.2.4. Рост объемов и изменение структуры трафика В течение многих лет развития электросвязи основная часть сетей об-служивала узкополосный речевой трафик, формируемый в стационарных (фиксированных) телефонных сетях, а затем и в сетях подвижной связи первого и второго поколений. В 90-е гг. объем речевого трафика продолжал расти в соответствии увеличением емкости мировой фиксированной теле-фонной сети – примерно на 5–7 % в год. Трафик данных в течение 1970/80-х гг. составлял лишь доли процен-тов от суммарного трафика речи. Этот трафик, в основном, формировался в системах электронной почты и относительно низкоскоростных локальных сетях. Многие эксперты еще сравнительно недавно, в конце 80-х гг., пред-полагали, что в обозримом будущем объем трафика данных будет состав-лять всего несколько процентов от общего трафика. Только начиная с сере-дины 1990-х гг. (одна из основных причин – быстрый рост Интернет) тра-фик данных начинает резко расти. На рис. 1.10 показан рост трафика данных (в терминах требуемой пропускной способности магистральных сетей). При этом значительный вклад в трафик данных определяется (и эта тенденция будет сохраняться) трафиком, формируемым в приложениях, базирующихся передаче мульти-медийного трафика, начинающего играть доминирующую роль в сетях Ин-тернет (количественные данные, характеризующие рост трафика данных, приведены в п. 1.2.2). Изменение природы трафика оказывает существенное влияние на структуру сетей. Одной из главных особенностей речевого трафика являет-ся его чувствительность к задержкам. Известно, что предельно допустимое значение задержки речи не должно превышать 250 мс, а нормы на суммар-ную межконцевую сетевую задержку речевого сигнала лежат в диапазоне 100–150 мс. Чувствительность речевого трафика даже к весьма небольшим задержкам определила выбор коммутации каналов в качестве единственно-го способа коммутации в традиционных телефонных сетях.

Рис. 1.10. Прогноз роста глобального трафика речи и данных Трафик данных менее чувствителен к задержкам даже в тех случаях, когда передача данных должна осуществляться в режиме реального време-ни. Допустимые задержки при передаче компьютерной информации лежат в очень широком диапазоне от нескольких секунд до сотен минут, что и определяет возможность использования коммутации пакетов как основного вида коммутации в сетях передачи данных. Коммутация каналов долгие годы была основным видом коммутации в сетях электросвязи, поскольку речевой трафик составлял основу информационных потоков в сетях. Сего-дня в условиях, когда трафик данных становится основным, наблюдается сдвиг от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов. Взрывной характер роста трафика данных определяет еще одну фун-даментальную тенденцию в современных сетях – изменение требований к полосе пропускания сетей доступа и базовых сетей. Происходит постепен-ный переход от узкополосных сетей с пропускной способностью тракта до 2 Мбит/с к широкополосным сетям с пропускными способностями трактов порядка десятков и сотен Гбит/с. Уже сегодня речь идет о необходимости обеспечивать пропускные способности магистральных сетей в диапазоне несколько Тбит/с, Требуемые пропускные способности систем передачи в транспорт-ных сетях могут быть обеспечены на базе систем SDH и технологии DWDM. Скорости передачи трактов в базовых сетях, равные нескольким сотням Гбит/с, становятся стандартными в системах дальней связи. Это

приводит к значительному уменьшению стоимости передачи информации в таких системах. 1.3. Глобальная информационная инфраструктура и построение сетей NGN 1.3.1. Концепция глобальной информационной инфраструктуры Глобализация социальных и экономических процессов, конвергенция технологий потребовали разработки новых подходов в сфере инфокомму-никационных технологий. В результате усилий международных организа-ций в области стандартизации в середине 90-х гг. прошлого столетия была принята концепция создания глобальной информационной инфраструктуры (GII), как основы создания глобального информационного общества (GIS), предусматривающей объединение национальных информационных инфра-структур (NII). Идея построения глобальной информационной инфраструктуры за-ключается в объединении возможностей использования ресурсов информа-ционных технологий и развитой инфраструктуры электросвязи. Целью по-строения GII является обеспечение взаимосвязи всех пользователей для по-лучения любого вида информации в реальном масштабе времени вне зави-симости от расстояния и используемых технических средств. Националь-ные сети электросвязи (или NII) ориентируются на обеспечение возможно-сти соединения с сетями и системами, используемыми в других странах во всем мире, на базе оборудования, поставляемого различными производите-лями. Претворение в жизнь идеи создания GII потребовало от мирового со-общества электросвязи разработки международных норм, определяющих общие принципы создания и функционирования Глобальной информаци-онной инфраструктуры, включая архитектуру, функциональную модель, принципы взаимодействия, компоненты. Начатая международными организациями стандартизации в 1995 г. разработка стандартов в области создания GII, привела к подготовке Реко-мендаций серии Y МСЭ-Т (Сектор стандартизации электросвязи МСЭ), оп-ределивших концепцию, основные направления разработки стандартов, не-обходимых для создания и внедрения GII. Согласно принятой концепции GII должна стать инфраструктурой, которая облегчает развитие, реализацию и взаимодействие существующих и будущих информационных служб и применений с помощью индустрии телекоммуникаций, информационных технологий, бытовой электроники и производства контента.

GII должна обеспечить взаимодействие между множеством прило-жений и различными платформами через бесшовное объединение компью-

теров и коммуникационных инфраструктур, включающих проводные и беспроводные технологии с установлением или без установления соедине-ния. Области применения должны быть неограниченными и фактически безграничными. Области применения должны включать в себя электрон-ную торговлю, телемедицину, городские информационные службы, интел-лектуальные транспортные системы, дистанционное обучение, электрон-ные библиотеки и музеи и т.д. Реализация концепции создания GII требует учета новых факторов, характеризующих сегодня инфокоммуникационные технологии. В частности, для современного этапа развития инфокоммуникаций характерны следующие особенности:

· конкуренции между операторами, связанной с либерализацией рынка;

· существенный рост цифрового трафика, обусловленный возрас-тающим использованием Интернет;

· рост потребностей пользователей в новых мультимедийных служ-бах;

· возможности доступа к сетям и службам связи в любое время в любом месте и др.

Эти проблемы выходили за рамки программы стандартизации GII и требовали для своего разрешения отдельного проекта. Новым проектом МСЭ по конкретной реализации концепции создания GII стала разработка концепции сетей NGN.

1.3.2. Эволюция сетей электросвязи в направлении построения NGN В течение многих лет телефонные сети являлись основой систем электросвязи. Эти сети предназначались для передачи, главным образом, узкополосного речевого трафика (ТфОП, сети подвижной связи поколений 1G и 2G). В начале 90-х годов 20-го века трафик данных составлял порядка долей процентов от суммарного речевого трафика, но именно тогда трафик данных начал резко расти. Это явилось следствием развития сети Интернет, ее доступностью не только корпоративным, но и частным пользователям, что привело к росту объема таких услуг, как электронная почта, web-приложения и т.п.

Изменение структуры трафика оказало существенное влияние на структуру сетей. Взрывной характер роста трафика данных вызвал измене-ние требований к пропускной способности и производительности как сетей доступа, так и транспортных сетей. Сети передачи данных определили пе-реход от коммутации каналов к коммутации пакетов. Перечисленные про-цессы привели к идее создания единой сети общего пользования, поддер-живающей передачу различных видов трафика, построенной на базе уни-

версальной технологии, обеспечивающей оговоренное в рамках конкретной услуги качество обслуживания. Такая сеть получила название сети сле-дующего поколения (NGN). На современном этапе развития телекоммуникаций эволюция совре-менных сетей к NGN разделяется на две задачи (рис. 1.11):

· эволюция телефонных сетей к NGN: задача перехода от речи, пе-редаваемой по сети с КК (коммутацией каналов), к речи в форме пакетов;

· эволюция сетей передачи данных к NGN: проблема совместимости технологий и стандартов (обеспечение передачи трафика различных при-ложений в единой транспортной сети).

Рис. 1.11. Эволюция современных сетей к NGN В рамках развития NGN как единой сети общего пользования реша-ются задачи двух типов:

· краткосрочные: стирание существующей разницы в транспорти-ровке речи и данных, предоставление новых возможностей в области раз-вития услуг, сравнительная простота реализации;

· долгосрочные: построение простой и эффективной единой сети, снижение стоимости сетевых компонентов, активное развитие новых видов услуг.

В связи с этим в 2001 г. были разработаны «Концептуальные поло-жения по построению мультисервисных сетей на ВСС России», в которых представлены базовые положения концепции NGN и определены практиче-ские вопросы построения единой мультисервисной сети на взаимоувязан-ной сети связи России. В «Концептуальных положениях» приведены функ-циональная модель NGN, архитектура единой мультисервисной сети обще-

го пользования (рис. 1.12), рассмотрены вопросы организации доступа и

управления.

Рис. 1.12. Архитектура единой мультисервисной сети общего пользования, реа-

лизованной в рамках концепции NGN

Работы по созданию следующего поколения в РФ опираются на ре-

комендации, по NGN разработанные Международным союзом электросвя-

зи (МСЭ). В рекомендации МСЭ-Т Y.2001 в 2004 году дается определение

NGN:

«Сеть следующих поколений (Next Generation Network, NGN) – это

сеть с пакетной коммутацией, способной предоставлять услуги электросвя-

зи и использующей нескольких широкополосных технологий транспорти-

ровки, поддерживающих требуемое качество обслуживания (QoS), в кото-

рой связанные с обслуживанием функции не зависят от примененных тех-

нологий, обеспечивающих транспортировку информации. Она обеспечива-

ет свободный доступ пользователей к различным поставщикам услуг и/или

выбираемым ими услугами. Она поддерживает универсальную мобиль-

ность, которая обеспечивает постоянное и повсеместное предоставление

услуг пользователям».

В «Проекте NGN 2004» определяются следующие основные характе-

ристики сетей NGN:

· передача на базе пакетной коммутации;разделение функций

управления между функциями переноса данных, вызовом/сеансом, и при-

ложением/услугой;

· разъединение предоставления услуг от сети, и предоставление от-крытых интерфейсов;

· поддержка широкого набора услуг, приложений и механизмов, основанных на стандартных блоках услуг (включая услуги в реальном вре-мени/поточные/вне реального времени и мультимедиа);

· широкополосные возможности с межконцевой поддержкой QoS и прозрачность;

· межсетевое взаимодействие с традиционными сетями через от-крытые интерфейсы;

· обобщенная мобильность, т.е. пользователь рассматривается как одно лицо, когда он использует различные технологии доступа;

· неограниченный доступ пользователей к различным провайдерам услуг;

· многообразие схем идентификации, которые могут быть обеспе-чены для адресов IP для обеспечения маршрутизации в сетях IP;

· унифицированные характеристики услуг для той же самой услуги, как она воспринимается пользователем;

· конвергенция услуг между фиксированными/подвижными сетями;

· независимость функций, связанных с услугами, от основных транспортных технологий;

· соответствие всем требованиям регулирующих органов, например, касающимся аварийной связи и обеспечения безопасности, конфиденци-альности и т.д.

Судя по наметившимся тенденциям развития услуг, предполагается, что единая сеть должна использовать передачу информации в пакетной форме. На сегодняшний день данные – наиболее быстро растущий сегмент рынка благодаря успеху Интернет, растущему использованию электронной почты, росту трафика данных в бизнес-приложениях. В связи с этим одним из важных вопросов при построении сетей сле-дующего поколения стал вопрос выбора технологии. Согласно Концепции NGN, в качестве технологической основы построения транспортного уров-ня мультисервисных сетей следующего поколения рассматривается техно-логия IP. Использование технологии IP позволит реализовать ряд задач, стоя-щих перед мультисервисными пакетными сетями:

· разработка шлюзов для взаимодействия различных сетей с сетью с коммутацией пакетов;

· разработка протоколов управления шлюзами;

· разработка новых протоколов сигнализации;

· разработка протоколов взаимодействия между различными уров-нями сети;

· поддержка различных услуг и приложений для каждого вида тра-фика.

Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Напри-мер, предполагается, что взаимодействие сетевых узлов в процессе предос-тавления услуг будет осуществляться на базе протоколов MEGACO и TIPHON, а для управления услугами будут использованы протокол SIP и стек рекомендаций H.323. Такой подход позволит сделать плавный переход от существующей структуры сетей к NGN. Модель такой IP-ориентированной мультисервис-ной сети, учитывающей особенности современной сетевой инфраструктуры, может быть представлена двумя основными уровнями: услуг и транспорт-ным. В связи с вышеперечисленными требованиями, на сегодняшний день построение сетей, реализующих концепцию NGN, сталкивается с рядом сложностей. Первая из них – это обеспечение надежности сети. В настоя-щее время проблема надежности узлов все еще не решена. Ближайшая цель – достижение значения коэффициента готовности «пять девяток». Вторая проблема – поддержка требуемого качества обслуживания (Quality of Service, QoS) каждому типу приложения. Под качеством обслу-живания подразумевается «суммарный эффект рабочих характеристик об-служивания, который определяет степень удовлетворенности пользователя этой услугой».