Механизмы, поддерживающие

Услуги Metro Ethernet

RPR

MPLS/АТМ/FR

SDH/SONET Ethernet

Оптический физический уровень (DWDM)

Рис. 2.8. Стек протоколов нижних уровней модели IP

Сети Metro Ethernet, построенные на коммутаторах второго уровня

операторского класса определяют новую тенденцию в широкополосных

услугах. Отдельные сети для различных услуг конвергируются, улучшая

характеристики Ethernet с помощью последних технологий для доступа на

основе пакетов, агрегирования и качества обслуживания. Эти решения опе-

раторского класса пригодны для гибкой и рентабельной сети следующего

поколения (NGN), давая операторам возможность участвовать на растущих

рынках, предлагающих гибкие и очень надежные широкополосные услуги

Ethernet домашним и бизнес-клиентам.

Выход Ethernet за границы локальных сетей и применение этой тех-

нологии в масштабах городских и даже глобальных сетей потенциально

допускает появление множества привлекательных для пользователей при-

кладных сервисов, таких как сетевое хранение и восстановление данных,

доставка информации, а также доступ к сети Internet. Многие сетевые сер-

висы, которые сегодня требуют прокладки оптоволокна к офисам и здани-

ям, станут существенно дешевле.

Среди основных преимуществ технологии Ethernet как интерфейса

«пользователь – сеть» отметим следующие свойства:

• в случае необходимости увеличения/уменьшения полосы пропуска-

ния в линии, шаг изменения емкости канала может быть выбран неболь-

шим и адекватно соответствовать потребностям пользователя (в отличие от

TDM, где соседние в цифровой иерархии скорости различаются в разы), а

модернизация оборудования пользователя или оператора, как правило, не

требуется;

• мультисервисность; поверх Ethernet можно предоставить все службы

на основе протокола IP и службы на основе самого Ethernet (см. ниже);

• быстрое предоставление сервисов; при наличии Ethernet-доступа ус-

луги сети предоставляются на базе пакетной передачи. Следовательно, до-

бавление новых услуг осуществляется на уровне изменения параметров

программного обеспечения, а не замены оборудования или интерфейсов,

что значительно сокращает время предоставления этих услуг.

Дополнительные преимущества можно получить, используя Ethernet не только для доступа, но и в качестве базовой технологии для всей сети, поскольку почти все пакеты IP начинают и заканчивают свой путь в виде кадров Ethernet. Передача данных в согласованных по формату пакетах от старта до финиша целостного транспортного пути поможет устранить до-полнительные уровни протокола и в результате снизить сложность и стои-мость. Как уже упоминалось ранее, технология транспортного слоя NGN должна обладать следующими характеристиками:

· управление услугами на уровне сетей операторского класса;

· масштабируемость;

· поддержка выделенных цифровых каналов путем эмуляции;

· гарантированные показатели QoS в транспортном домене для раз-личных типов трафика;

· восстанавливаемость сети после отказа за определенное время.

Рассмотрим, каким образом реализуются данные характеристики в сетях Metro Ethernet. Управление услугами на уровне сетей операторского класса осуществ-ляется за счет стандартизованного набора услуг: E-Line, E-LAN и E-TREE. В модели сети пользовательское оборудование соединяется с транспортной сетью Metro Ethernet посредством интерфейсов «пользователь- сеть» (User-Network Interface, UNI). В качестве такого интерфейса используется интер-фейс Ethernet и определяется понятие виртуального соединения Ethernet (Ethernet Virtual Connection, EVC).

Рис. 2.9. Двухточечное соединение услуги E-Line на примере EPL Существуют три типа виртуальных соединений: «точка-точка» (службы E-Line), «точка-многоточка» (службы E-LAN) и корневое многоточечное соединение (E-TREE). Услуга E-Line, которая обеспечивает двухточечное EVC между двумя UNI, может быть использована для создания широкого набора двухточеч-ных услуг, таких как Выделенная Линия Ethernet (EPL) и Виртуальная Вы-деленная Линия Ethernet (EVPL).

На рис. 2.9 приведен пример услуги EPL, где между UNI двух поль-зователей создается двухточечное EVC. На рис. 2.10 показан пример услу-ги EVPL, в котором один физический порт пользователя A (UNI A) под-держивает связность двух услуг Ethernet. Кадры одних услуг могут быть посланы по EVC1 (пользователь B), когда как кадры других услуг могут быть посланы по EVC2 (пользователь С).

Рис. 2.10. Услуга E-Line на примере EVPL Для соединения трех или более сайтов пользователей абонент может использовать услугу E-LAN, для которой сеть поставщика услуг выполняет функции виртуального коммутатора второго уровня. На рис. 2.11. показан пример создания соединений при помощи услуги E-LAN, при которой сеть с точки зрения пользователя выглядит как обычная ЛВС. Граничные узлы выполняют функции коммутатора, а протокол покрывающего дерева ис-пользуется для предотвращения петель в сети провайдера. Служба E-LAN предоставляет принципиально новую услугу на осно-ве многоточечных соединений, в то время, как классические технологии типа Frame Relay реализуют только услуги «точка – точка». Metro Ethernet является эффективной технологией, предлагающей более широкий набор услуг, отличных от услуг, предлагаемых технологиями (например, IPTV или аудио трансляции).

Рис. 2.11. Многоточечное соединение услуги E-LAN Любая услуга, базирующаяся на Корневом многоточечном виртуаль-ном Ethernet соединении (Rooted-Multipoint Ethernet Virtual Connection) может быть реализована как услуга E-TREE. Рис. 2.12 иллюстрирует E-TREE с одним корнем.

Рис. 2.12. Реализация услуги E-TREE с одним корнем

В самом простом случае услуга E-TREE может предоставлять единый корень для нескольких UNI. Каждый UNI, как лист дерева, может обмени-ваться данными только с корневым UNI, но между собой они обмениваться не могут. Данная услуга может быть полезна для доступа в Интернет или в случае приложений IP-видео. В более сложной реализации услуга E-TREE может поддерживать два или более корневых UNI. Корни могут обмени-ваться данными между собой, и допускается резервный доступ к корню для увеличения надежности и гибкости службы (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Услуга E-TREE с несколькими корнями В топологии E-TREE могут мультиплексироваться один или несколь-ко UNI в EVC. Например, E-TREE, использующая корневое многоточечное EVC, и E-Line, использующая соединение «точка-точка», могут быть муль-типлексированы в один блок UNI. Масштабируемость сети Metro Ethernet. Следует иметь ввиду, что идентификатор VLAN (Виртуальная Локальная Сеть) ограничен 12 битами, что ограничивает количество VLAN. Для расширения пространства адре-сов используется специальная схема стека тегов, когда пользовательский трафик маркируется на стороне поставщика услуг VLAN. Это обеспечивает высокую масштабируемость структуры коммутируемой сети Ethernet. С другой стороны проблема масштабирования связана с быстрым увеличением таблиц MAC-адресов. При коммутации по MAC-адресам коммутаторам ядра необходимо иметь в таблице все MAC-адреса клиентов, что существенно увеличивает таблицу коммутации и замедляет скорость обработки кадров. Для решения этой проблемы в городской зоне при пере-носе трафика используется специальная схема инкапсуляции MAC-in-MAC. Поддержка выделенных цифровых каналов путем эмуляции необхо-дима для прозрачного пропуска трафика от пользователей использующих технологию коммутации каналов. Метод решения этой задачи описан в стандартах MEF 3 [68] и MEF 8 [69].

Обеспечение гарантированного качества обслуживания определяет-ся многими факторами в том числе такими, как модель обслуживания, оп-ределяющая принципы распределения сетевых ресурсов. В сетях Metro Ethernet эта задача осложняется присутствием трафика, описываемого мед-ленно затухающими законами распределения. Восстанавливаемость после отказов. Технологические решения для сетей Metro Ethernet, обеспечивающие восстанавливаемость после отка-зов., связаны со схемами построения маршрутов на основе семейства про-токолов STP (Spanning Tree Protocol): STP, RSTP (Rapid Spanning Tree Pro-tocol), MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol). Две последние проблемы (обеспечение гарантированного QoS и вос-станавливаемость сети) остаются до сих пор открытыми и находятся на этапе исследований, разработок и спецификаций. 2.1.4. Широкополосный доступ в сетях кабельного телевидения В последние годы наблюдается интенсивное развитие сетей КАТВ и рост числа услуг, предоставляемых в этих сетях. Рост масштабов сетей КАТВ в ряде стран, в первую очередь в США, связан с новыми принципа-ми регулирования в электросвязи, в соответствии с которыми операторы КАТВ, помимо распределения ТВ программ, могут предоставлять широкий спектр услуг, включая телефонию, доступ в Интернет, услуги интерактив-ного ТВ и др. Доступ в Интернет, предоставляемый операторами в сетях КАТВ, яв-ляется ключевым фактором внедрения кабельных модемов. Используемые для этих целей кабельные модемы по своим характеристикам превосходят системы ADSL, обеспечивая на абонентском участке скорости передачи до 3 Мбит/с в симметричных конфигурациях и до 40 Мбит/с в прямом и до 10 Мбит/с в обратном направлениях в асимметричных конфигурациях. Кроме того, кабельные модемы могут быть также применены для передачи речи через Интернет (Voice over IP). Новые возможности широкополосного доступа открываются перед операторами сетей КАТВ при эволюции сети на базе коаксиального кабеля к гибридной инфраструктуре абонентского доступа типа HFC с применени-ем коаксиального и волоконно-оптического кабелей. Учитывая масштабы сетей КАТВ, можно ожидать, что в крупных го-родах будет иметь место конкуренция между оборудованием xDSL и ка-бельными модемами, и выбор пользователей будет определяться стоимо-стью услуги. Несмотря на то, что технология xDSL продвигается на рынок традиционными операторами, владеющими мощными местными сетями, темпы развертывания оборудования ADSL остаются невысокими по срав-нению с кабельными модемами.

В последние годы рассматривается также возможность построения абонентского участка полностью на волоконно-оптическом кабеле (инфра-структура FTTH). В то же время для квартирных пользователей операторы (как правило, альтернативные) начинают развертывание беспроводных ши-рокополосных абонентских сетей, обеспечивающих интерактивный режим обмена широкополосной информацией. 2.1.5. Широкополосный беспроводный доступ Как уже было отмечено выше, при низкой экономической эффектив-ности строительства проводных абонентских сетей доступа все более попу-лярными становятся решения на основе использования беспроводных тех-нологий, таких, как Wi-Fi и WiMAX. Системы Wi-Fi. Стандарт Wi-Fi был создан в 1991 г. для применения в локальных беспроводных сетях в диапазонах 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Стандарт описан в спецификациях IEEE 802.11. Сегодня известно большое число систем, описанных в стандарте 802.11a, b, g, h, n, p и ряде вариантов. Стан-дарт обеспечивает скорость передачи данных до нескольких десятков Мбит/с. Основным достоинством технологии по сравнению с проводными тех-нологиями является то, что Wi-Fi позволяет развернуть локальную сеть без прокладки кабеля. Это ведет к уменьшению стоимости развѐртывания и расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне по-мещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслужи-ваться беспроводными сетями. Еще одно достоинство технологии – сети Wi-Fi поддерживают роуминг, поэтому клиентская станция может переме-щаться в пространстве, переходя от одной точки доступа к другой. К недостаткам технологии относится, прежде всего, ограниченный ра-диус действия. Типичный домашний маршрутизатор Wi-Fi стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м сна-ружи. Расстояние зависит также от частоты. Система Wi-Fi в диапазоне 2.4 ГГц имеет радиус покрытия больше, чем система Wi-Fi в диапазоне 5 ГГц, и меньше, чем Wi-Fi на частоте 900 МГц. В заключение отметим, что стан-дарт Wi-Fi рассматривается как беспроводный аналог технологий для про-водных локальных сетей. Системы WiMAX. Технология WiMAX разработана с целью предостав-ления универсальной беспроводной связи на относительно больших рас-стояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портатив-ных компьютеров до мобильных телефонов). Технология базируется на стандартах IEEE 802.16. Технология WiMAX сегодня рассматривается как технология, предоставляющая высокоскоростной беспроводной доступ, альтернативный выделенным линиям и технологии DSL. Технология WiMAX применяется при решении следующих задач:

· соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегмен-тами Интернета; · обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтер-нативы выделенным линиям и DSL; · предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг. · создание точек доступа, не привязанных к географическому поло-жению. В стандартах IEEE 802.16 определены несколько режимов работы се-тей WiMAX, основными из которых являются фиксированный и мобиль-ный доступ. Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 аналогична структуре сетей GSM. Базовые станции действуют на расстояниях до де-сятков километров. Для их установки допускается монтаж на крышах до-мов при соблюдении прямой видимости между станциями. Технология WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большей пропускной способностью и покры-тием, чем в сетях Wi-Fi. Эти свойства позволяют использовать технологию WiMAX для организации магистральной сети в масштабах города. В иде-альных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником. 2.2. Технологии систем передачиАнализ развития систем передачи, составляющих транспортную ос-нову магистральных сетей, показывает, что за прошедшие более, чем 100 лет эти системы последовательно эволюционировали в область все более высоких скоростей передачи, становились более надежными, более про-стыми в эксплуатации, управлении и обеспечении необходимой пропуск-ной способности. На рис. 2.14 представлены основные этапы эволюции систем передачи.

Рис. 2.14. Эволюция систем передачи: PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy, Плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ); SDH – Synchronous Digital Hierarchy, Синхронная цифровая иерархия (СЦИ); WDM – Wave-Division Multiplexing, Мультиплексирование с разделением каналов по длине волны Возможности увеличения скоростей передачи и дальности связи во многом определяются свойствами направляющих сред. На рис. 2.15 пред-ставлены возможности различных типов физических сред по пропускной способности и дальности связи. Медные кабели на основе пары, широко применяемые в сегменте доступа телефонных сетей, могут обеспечить скорость до 50 Мбит/с на расстоянии несколько сотен метров. При расстояниях несколько километ-ров скорость передачи по таким кабелям составляет от 1 до 10 Мбит/с. Ко-аксиальные кабели при расстояниях несколько километров могут обеспе-чить существенно лучшую пропускную способность – до нескольких Гбит/с. Оптоволоконные кабели имеют практически неограниченную про-пускную способность и скорость передачи может достигать 1000 Тбит/с.

Вместе с тем, ясно, что волоконно-оптические кабели являются един-ственной альтернативой остальным видам направляющих сред при необхо-димости передачи на большие расстояния с высокими скоростями. Однако только относительно недавно, в начале 80-х гг. первые магистрали на воло-конно-оптических кабелях позволили получить значительно большие про-пускные способности при приемлемых расстояниях между регенераторами. По времени это совпало с одним из главных, узловых моментов развития телекоммуникаций за последние тридцать пять лет – широким применени-

ем цифровых систем передачи, переход к которым от аналоговых систем начался еще в 60-х гг. 20-го столетия.

Рис. 2.15. Технологические ограничения различных передающих средств 2.2.1. Аналоговые системы передачи В начале 20-го века в качестве основной направляющей среды при-менялись медные кабели на основе витой пары, аналоговые системы пере-дачи использовали принцип частотной модуляции (ЧМ). Первая трансконтинентальная телефонная линия на территории США была открыта для эксплуатации в 1915 г., когда был сделан первый вызов через аналоговую систему из Нью-Йорка в Сан-Франциско по медному ка-белю с использованием усилителей. Начиная с этого момента, пропускная способность систем передачи росла, а стоимость передачи информации па-дала. В 1936 г. была построена первая в мире линия дальней связи на коак-сиальном кабеле, позволявшая мультиплексировать множество аналоговых телефонных каналов. В 1947 г. была построена первая радиорелейная ли-ния, и это означало появление менее дорогой альтернативы линиям даль-ней связи на кабелях. Первый спутник связи, запущенный в 1962 г., обес-печивал более дешевую трансокеанскую связь, чем при использовании подводных кабельных линий на меди.

2.2.2. Цифровые системы передачи В 70-х гг. аналоговые системы передачи, использовавшие принцип частотного разделения каналов, были заменены системами плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ, Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH) с времен-ным разделением каналов (ВРК). Базовым каналом в иерархии цифровых систем PDH являлся основной цифровой канал со скоростью 64 кбит/с, цифровой эквивалент канала тональной частоты в аналоговых системах пе-редачи. Переход к цифровым системам передачи и замена медных кабелей на волоконно-оптические сопровождались увеличением пропускной спо-собности и существенным улучшением эксплуатационных характеристик систем передачи. На смену плезиохронным цифровым системам пришли системы син-хронной цифровой иерархии (СЦИ, Synchronous Digital Hierarchy, SDH) со скоростями передачи от сотен Мбит/с до десятков Гбит/с. Эти системы, также использующие принцип ВРК, были рассчитаны на широкое приме-нение волоконно-оптических кабелей. Возможные конфигурации магист-ральных цифровых сетей при использовании волоконно-оптических кабе-лей были расширены путем применения кольцевых сегментов, что привело к повышению надежности, увеличению типов возможных сетевых тополо-гий и увеличению гибкости в распределении ресурсов. Первые стандарты по системам синхронной цифровой иерархии, по-лучившим название SONET (Synchronous Optical Networks), были разрабо-таны Американским национальным институтом стандартов (ANSI); стан-дарты по аналогичным системам SDH (Европейская версия) были приняты Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) в конце 80-х гг. Обе группы стандартов были практически идентичны, за исключением терминологии. Появление новых систем привело к реконструкции существующих сетей и развитию новой инфраструктуры транспортных сетей на базе стандартов SONET/SDH. В стандартах SONET/SDH были определены скорости передачи син-хронной цифровой иерархии, часть из которых (наиболее широко исполь-зуемых) приведена в табл.

2.5. Таблица 2.5. Скорости передачи SONET/SDH

2.2.3. Системы передачи с мультиплексированием по длине волны (WDM)Основные направления реконструкции транспортных сетей сегодня связаны с введением технологии мультиплексирования по длине волны (Wave Division Multiplexing, WDM), которая обеспечивает мультиплексиро-вание множества длин волн в одном волокне. Системы WDM и более со-вершенные системы Dense WDM (DWDM) увеличивают пропускную спо-собность волоконно-оптического кабеля путем распределения входящих оптических сигналов, отвечающих стандартам SDH/SONET (например, не-сколько потоков STM-16/64), по определенным длинам волн и последую-щего мультиплексирования этих сигналов в виде единого цифрового пото-ка в одном волокне. Сигнал, мультиплексируемый в системе DWDM, переносится в опти-ческой форме без промежуточных оптико-электрических преобразований от точки мультиплексирования до точки демультиплексирования. Системы DWDM являются типичными канальными устройствами, не влияющими на структуру мультиплексируемых сигналов, т.е. обладают свойствами про-зрачности. Это позволяет сетевому оператору легко интегрировать системы DWDM с существующим сетевым оборудованием, одновременно значи-тельно увеличивая пропускную способность кабелей. Поставляемые на ры-нок системы DWDM позволяют получить пропускную способность на од-ном волокне до нескольких Тбит/с, что соответствует пропускной способ-ности сотен систем STM-64. Начавшееся внедрение технологии DWDM является одним из важ-ных шагов на пути построения полностью оптических транспортных сетей, получивших название фотонных сетей. Фотонная сеть является сетью свя-зи, в которой информация передается только форме оптического сигнала. В настоящее время, несмотря на широкое применение волоконно-оптических кабелей и оптических компонентов, магистральные сети представляют комбинацию электронных и оптических компонентов, причем последние являются в большинстве своем пассивными компонентами.

Рис. 2.16. Современные системы передачи на базе электронных устройств и пассивных оптических компонентов:

На рис. 2.16 показан сегмент типичного тракта современной системы передачи, вклю-чающего в себя как электронные, так и оптические компоненты. Из рисун-ка очевидно, что в современных системах передачи электронные компо-ненты все еще доминируют. Системы SDH и WDM обрабатывают в основ-ном, только электрические сигналы. В сетях WDM доля электронных ком-понентов меньше, чем в сетях SDH, но, тем не менее, оптические элементы остаются пассивными и только усилители являются единственными актив-ными оптическими элементами в современных системах, использующих технологию WDM.

В полностью оптической, т.е. настоящей фотонной сети (которая мо-жет быть построена в недалеком будущем) все компоненты, включая и

коммутационные системы, обрабатывают только оптические сигналы. Пре-образование электрического сигнала в оптический сигнал и обратное пре-образование осуществляются только в источнике и приемнике. Прогресс в разработке активных оптических компонентов (регулируемые источники, фильтры, усилители, передатчики, коммутаторы) позволяет построить фо-тонную магистральную сеть на системах DWDM, оптических мультиплек-сорах вставки/выделения (optical ADM, OADM) и оптических кросс-коннекторах (Optical DXS, ODXS).

На рис. 2.17 показан сегмент фотонной сети, в которой отсутствуют электронные компоненты. Все процессы, включая коммутацию и мультиплексирование, выполняются только с оп-тическим сигналом без преобразования его в электрическую форму. Возникает вопрос – когда фотонные сети станут реальностью? Сле-дует признать, что одной из главных проблем при построении полностью оптических сетей остается создание соответствующих оптических комму-таторов. Определенные надежды появились в начале 2002 г., когда компа-ния Nortel объявила осоздании крупномасштабного коммерческого комму-татора, рассчитанного на долгосрочную перспективу. Однако, производи-телям оборудования необходимо, по меньшей мере, 5 лет для построения полностью оптических систем в магистральных и региональных сетях. Ожидается, что крупномасштабные фотонные сети будут развернуты вна-чале в США, а затем и в Европе. Вместе с тем, операторам целесообразно базироваться на эволюционном, а не революционном подходе и постепенно заменять электронику на оптику. Электронные компоненты еще долго бу-дут сохранять свои позиции в коммутации, тогда как оптические компо-ненты будут быстро расширять свои позиции в системах транспортировки информации.

Рис. 2.16. Современные системы передачи на базе электронных устройств и пассивных оптических компонентов:

TDM MUX – Time Division Multiplexer, Мультиплексор с временным разделением кана-лов; Cross-connect – Кроссовый коммутатор; WDM MUX –Wave Division Multiplexer, Мультиплексор с разделением каналов по длине волны

Рис. 2.17. Системы с полностью оптической коммутацией и мультиплексированием 2.2.4. Распространение оптических систем во все сегменты сетиНачиная с момента коммерческого применения (начало 80-х гг. 20-го века), системы передачи на базе оптических компонентов широко исполь-зовались для построения магистральных сетей – национальных, континен-тальных, глобальных. Однако в настоящее время оптические транспортные системы становятся основой региональных сетей и городских сетей в мега-полисах и крупных городах, где можно видеть все большее число волокон-но-оптических сетей, чья пропускная способность активно используется абонентами квартирного и делового секторов. В настоящее время наблюда-ется все более широкое применение систем на базе волоконно-оптических кабелей в сетях доступа, но для полного перехода на оптику в сетях досту-па потребуется достаточно большой срок (рис. 2.18).

84

Рис. 2.18. Эволюция оптических систем – от магистральной сети к сети доступа 2.3. Технологии коммутации и маршрутизацииСегодня 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.

2.3.1. Технология ATMИдеи 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

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

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. 2.3.2. Технология Интернет и ее эволюцияА. Исторический очерк и введение в Интернет 2 сентября 1969 г. в США был введен в эксплуатацию первый узел компьютерной сети ARPANET (Advances Research Project Agency), разра-ботанной по заказу Агентства перспективных исследований национального Министерства обороны. Сеть ARPANET на начальном этапе являлась экс-периментальной компьютерной сетью, построенной с целью обеспечения доступа к удаленным вычислительным и информационным ресурсам. Сеть ARPANET была спроектирована как высоконадежная система, характеризуемая весьма высоким уровнем децентрализации и способная нормально функционировать в условиях множественных отказов каналов и узлов, возникших, к примеру, в результате ядерного удара по территории США. В сети ARPANET транспортировка данных между компьютерами осуществлялась методом коммутации пакетов, получившим название мето-да датаграмм. Метод датаграмм разработал в середине 60-х гг. П. Бэрен (Paul Baran). Директор проекта ARPANET Л. Робертс применил идеи П. Бэрена и результаты моделирования территориально распределенных ком-пьютерных сетей, выполненных Л. Клейнроком, при создании сети ARPANET. Процедуры транспортировки пакетов между узами сети ARPANET определялись протоколом Internet Protocol (IP) – протоколом 3-го (сетевого) уровня. В 1974 г. в статье В. Серфа и Б. Кана, посвященной протоколу транспортного уровня (Transmission Control Protocol, TCP), впервые был использован термин Internet. В следующем году группа В. Серфа и Б. Кана разработала спецификации стека протоколов TCP/IP. Таким образом, день 2 сентября 1969 г. можно считать днем рожде-ния и днем начала истории технологии IP и сетей Интернет. Стартовавшая как ARPANET, сеть Интернет на протяжении 70-х и начала 80-х гг. исполь-зовалась преимущественно американским правительством, а также акаде-мическими и исследовательскими организациями как в США, так и в дру-гих странах (главным образом, в европейских). Однако как часть телеком-

муникационной инфраструктуры Интернет все еще оставался в относи-тельно узкой нише приложений, будучи практически невостребованной в среде операторов общего пользования. Эта ситуация сохранялась до сере-дины 90-х гг., когда появились первые дружественные к пользователю приложения (системы поиска информации, гипертекстовый язык HTML), недорогие модемы для подключения массового пользователя к сетям и вы-сокоскоростные магистрали, способные пропускать трафик со скоростями несколько сот Мбит/с. В середине 1995 г. на рынке появилась операционная система Windows 95 с интегрированным стеком TCP/IP и услуги Интернет стали доступны многим миллионам пользователей. Широкое распространение IP-технологии в 90-е гг. определялось рядом ключевых свойств, которые были заложены в сетях Интернет еще на начальных этапах разработки. Отметим среди этих свойств наиболее существенные. · Универсальность.Протоколы семейства IP сегодня используются во всех сетевых сегментах, начиная от локальных и кампусных сетей и кончая магистральными сетями. Технология IP используется для передачи данных, речи и видеоинформации. На базе IP-ориентированных протоколов строятся как фиксированные, так и беспроводные сети. Используемый вна-чале в корпоративных сетях, стек TCP/IP начинает все более широко при-меняться в сетях общего пользования. · Масштабируемость.Крупномасштабные сети должны иметь воз-можность легко развиваться. Масштабируемость сетей на базе IP была од-ним из основных свойств, заложенных разработчиками сети ARPANET, поскольку с самого начала была поставлена задача создания протокола,' по-зволяющего объединять большое число сетей. Цифры, характеризующие современные масштабы Интернет (число сетей, поддерживающих протоко-лы TCP/IP, число узлов, число пользователей) и темпы развития Интернет, подтверждают высокую степень масштабируемости Интернет, что является предпосылкой к созданию глобальной сети. · Открытость.Сеть Интернет базируется на принципе открытых систем. Это означает, что в сети при выполнении очень небольшого числа правил, определяющих структуру протоколов и интерфейсов, могут взаи-модействовать разнотипные аппаратные и программные средства. Правила присоединения сетей с любыми протоколами к сетям IP относительно про-сты и реализуются на базе шлюзов, обеспечивающих согласование прото-колов. Сеть может рассматриваться как сеть Интернет, если в ней реализо-ван стек TCP/IP и в сети используется уникальное адресное пространство Интернет. Протокол IP обеспечивает взаимодействие сетей с различными транспортными технологиями. Наконец, спецификации протоколов Интер-нет, разрабатываемые IETF (Internet Engineering Task Force – Проблемной группой проектирования Интернет), легко доступны на большом количест-ве сайтов в сети Интернет, что выгодно отличает эти документы от доку-

ментов других международных организаций, работающих в области стан-дартизации электросвязи. Документы, описывающие услуги Интернет, спецификации протоко-лов и условия их применения, публикуются организацией IAB (Internet Ac-tivities Board) под общим названием RFC (Request for Comments) и доступ-ны в Интернет. Развитие мировой сети Интернет в 90-х гг. является прямым резуль-татом прогресса программного обеспечения, микроэлектроники и высоко-производительных систем связи, а также изменениями в телекоммуникаци-онном законодательстве и регулировании. Рост масштабов сети Интернет настолько впечатляет, что среди сетевых операторов, разработчиков обору-дования, сервис-провайдеров и даже пользователей постепенно формиру-ется мнение о возможности преобразования сети Интернет в некую уни-версальную сеть, обеспечивающую все виды услуг. Вместе с тем, необходимо отметить, что простота базовых протоко-лов приводит, в первую очередь, к невозможности обеспечить гарантиро-ванное качество обслуживания. В течение первых 25 лет в развитии сетей Интернет преобладал элемент анархии, который энтузиасты сети ошибочно трактуют как проявление демократии в телекоммуникациях. Очевидно, что анархичная природа Интернет будет постепенно отмирать в ответ на требо-вания пользователей, желающих получать услуги с гарантированными по-казателями качества обслуживания. Можно ожидать, что в ближайшем бу-дущем Интернет сохранит и даже усилит свои позиции в качестве высоко-эффективной информационной инфраструктуры, однако этот процесс свя-зан с необходимостью усовершенствования имеющихся и создания новых, более эффективных протоколов доставки информации. Б. Ключевые факторы эволюции сетей Интернет Можно выделить четыре основных ключевых фактора развития сети Интернет как глобальной сетевой инфраструктуры: новые технологии, тре-бования рынка, рост конкуренции и изменения в законодательстве и регу-лировании. · Новые технологии.Более высокие скорости, более гибкие сети, более дешевые системы связи, более мощные вычислительные устройства, усовершенствованные механизмы и протоколы быстро расширяют функ-циональные возможности Интернет. · Требования рынка.Рост числа пользователей, увеличение степе-ни проникновения Интернет, требования увеличения набора специализиро-ванных приложений определяют высокие скорости появления на рынке но-вых устройств, программных продуктов и услуг Интернет, · Рост конкуренции.Простота доступа к услугам сети и потенци-альные возможности для бизнеса ведут к нарастанию конкуренции среди

производителей оборудования и программных продуктов, провайдеров ус-луг, создателей содержания. · Законодательство и регулирование.Появление новых игроков на информационно-коммуникационном пространстве (создатели содержания, поставщики услуг и др.) определяет необходимость создания новых регу-лирующих документов, содержащих как технико-экономические, так и правовые аспекты. Эти документы играют важную роль в развитии Интер-нет, однако разработчики соответствующих спецификаций не способны поддержать высокие темпы развития Интернет, что приводит к отставанию законодательной базы и соответствующим проблемам в области регулиро-вания. Ниже мы сфокусируем наше внимание только на вопросах, связан-ных с эволюцией технологий Интернет, движущими силами которой явля-ются усовершенствование и создание новых механизмов IP-ориентированных протоколов. В. Проблемы использования технологии Интернет как базы для построе-ния мультисервисной сети Современная сеть Интернет предоставляет конечным пользователям эффективные средства для обмена различными типами трафика. Интернет поддерживает национальные и международные службы передачи данных в масштабах, сопоставимых с масштабами крупных сетевых операторов. В середине 90-х гг. появились первые продукты IP-телефонии и программно-аппаратные средства, обеспечивающие возможность применения Интернет в приложениях, связанных с транспортировкой и обработкой видеоинфор-мации. В связи с широким распространением сетей и технологии Интернет мировое телекоммуникационное сообщество приходит к выводу, что все-мирная сеть Интернет может быть использована в качестве глобальной ин-фраструктуры. Одной из популярных моделей перехода сетей к единой се-ти, построенной на базе Интернет, стала в последние годы модель так на-зываемых сервисных волн. Первую волну связывают с развитием доступа к Интернет с помощью набора, вторая волна определяется внедрением сис-тем передачи речи через IP-сети. Третья волна предполагает развертывание более сложных услуг, конвергирующих передачу речи и данных на базе IP. Наконец, последняя на обозримом временном интервале сервисная волна будет определяться созданием мультисервисных сетей, полностью постро-енных на технологии Интернет и обеспечивающих весь спектр фиксиро-ванных и мобильных услуг. Однако описанный выше сценарий эволюции сетей к единой мульти-сервисной сети на базе Интернет может быть реализован только при обес-печении необходимых показателей по пропускной способности, качеству обслуживания, защите информации от несанкционированного доступа и

других характеристик функционирования, во многом определяемых базо-вым протокольным стеком. Как показывает опыт эксплуатации сетей Ин-тернет, именно классические IP-ориентированные протоколы являются сдерживающим фактором на пути построения единой сети Интернет. Выше было отмечено, что исходный стек протоколов TCP/IP, исполь-зуемый как базовый в сетях Интернет до середины 90-х гг., успешно обес-печивал работу служб с относительно невысокими требованиями к показа-телям качества обслуживания – электронной почты, передачи файлов, взаимодействия с удаленными базами данных. Перечисленные приложения характеризовались низкой чувствительностью к задержкам и небольшими значениями требуемой пропускной способности (десятки, максимум, сотни кбит/с для одного сеанса). Эти требования были хорошо согласованы с возможностями метода коммутации пакетов в датаграммном режиме, опре-деляемом протоколом IP. Эксплуатация сетей Интернет в течение 40 лет помогла определить слабые места в архитектуре протоколов стека TCP/IP, включая IP-ориентированные протоколы, разработанные в 70 – 80-х г.г. Рост объемов трафика Интернет, появление новых приложений, в первую очередь связанных с транспортировкой трафика реального времени, определяют новые требования к пропускной способности, показателям ка-чества обслуживания, к безопасности информации. Весьма серьезной про-блемой, обусловленной ростом размеров сети, оказалась и проблема огра-ниченности адресного пространства. Пропускная способность. Одна из проблем традиционных сетей IP – недостаток суммарной производительности глобальной сети, начал суще-ственно проявляться в 90-х гг. Цифры, характеризующие развитие сетей IP в этот период, – рост числа узлов, количества пользователей и объема тра-фика – свидетельствуют об экспоненциальном характере увеличения мас-штабов сети. В предыдущих разделах рассматривались возможности новых технологий, существенно повышающих скорости передачи информации во всех сегментах сети. В магистральных сетях рассматриваются технологии SDH/SONET и DWDM, использующие оптическую среду и обеспечиваю-щие пропускные способности от сотен Мбит/с до десятков Тбит/с. Для сетей доступа в последние годы были разработаны технологии со скоростями передачи от сотен кбит/с до десятков Мбит/с. В локальных и региональных сетях начали широко применяться технологии, обеспечи-вающие скорости от сотен Мбит/с до десятков Гбит/с. Повышение пропускных способностей систем передачи определяет необходимость соответствующего увеличения быстродействия сетевых уз-лов в IP-сетях. Вместо маршрутизаторов с невысоким быстродействием (по сравнению с аналогичными коммутаторами ATM), в которых обработка пакетов велась преимущественно программными средствами, на сетях на-чинают применяться коммутаторы и маршрутизаторы нового типа, в кото-

рых основной объем операций с пакетами реализуется с использованием жесткой логики, и производительность маршрутизаторов начинает превос-ходить производительность коммутаторов АТМ. Качество обслуживания (QoS, Quality of Service). Появление новых транспортных технологий, прежде всего базирующихся на оптике, порож-дает надежды на построение сетей с практически неограниченными и де-шевыми пропускными способностями, в которых проблемы обеспечения требуемого качества обслуживания будут эффективно разрешаться без применения специальных механизмов. Однако другая точка зрения состоит в том, что какой бы ни была возможная полоса пропускания в сети, возникают приложения (прежде всего, мультимедийные), быстро поглощающие эти излишки пропускной способности, и в сетях Интернет должны быть созданы специальные меха-низмы обеспечения QoS для любого вида трафика. Необходимо ясно понимать, что если и будут созданы магистрали с практически неограниченными пропускными способностями и полоса про-пускания будет очень дешевой, это не произойдет в ближайшее время. Кроме того, очевидно, что даже весьма высокие пропускные способности могут оказаться недостаточными в условиях существенно пачечного тра-фика, когда на отдельных участках сети возникают перегрузки, ведущие к большим задержкам и потерям пакетов. В классических сетях IP распределение сетевых ресурсов, в первую очередь пропускных способностей трактов, осуществляется в соответствии с принципом best effort («наилучшая попытка»), уже упоминавшимся выше. Принцип best effort предполагает, что сетевые ресурсы распределяются между различными приложениями на равных условиях в зависимости от объема трафика. При этом отсутствует жесткое закрепление ресурсов за любым двухточечным соединением. Трафик обрабатывается с максимально возможной производительностью, но любые гарантии по времени доставки пакетов отсутствуют. С другой стороны, достоинствами принципа best effort являются эф-фективность использования канальных ресурсов (удельная нагрузка в IP-сетях может достигать значений 0,6 – 0,7) и простота реализации. Вместе с тем, как будет показано ниже, в иерархии механизмов обеспечения качест-ва обслуживания в сетях Интернет принцип best effort занимает самую нижнюю позицию. Отсутствие гарантированных задержек в сетях IP (по существу, от-сутствие гарантированного качества обслуживания) не является сдержи-вающим фактором при реализации в сети Интернет таких услуг, как элек-тронная почта, пересылка файлов, ряд Web-приложений. Для поддержки таких служб принцип best effort является вполне адекватным. В то же время задержки, даже весьма незначительные по абсолютной величине (в диапа-зоне несколько десятков мс), а также вариации задержек становятся серьез-

ной проблемой и начинают играть весьма негативную роль в таких прило-жениях, как IP-телефония, в службах, связанных с передачей видеоинфор-мации. Конечно, проблему задержек отчасти можно решить с помощью соз-дания больших избытков пропускной способности каналов и производи-тельностей узлов. Однако такое решение сводит к нулю все достоинства IP-сетей, определяемые механизмами статистического уплотнения; очевидно также, что оно не является экономически эффективным. 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. Г. 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

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

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. 2.3.3. Качество обслуживания в сетях IP

Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) является предметом активных исследований и стандартизации на протяжении всей истории раз-вития телекоммуникаций. Существенный вклад в развитие различных ас-пектов концепции QoS внес Международный союз электросвязи (МСЭ),

включая, в том числе разработку норм и требований к показателям качества обслуживания, стандартизацию сетевых механизмов, обеспечивающих не-обходимые показатели QoS, а также формулировку основополагающих оп-ределений. Концепция «наилучшей попытки» была достаточно эффективной в сетях IP для приложений, где можно передавать данные не в реальном вре-мени (электронная почта, передача файлов). Однако, как только возникает недостаток ресурсов, ведущий к увеличению вероятности потерь пакетов и росту их задержек, для приложений реального времени необходимые пока-затели качества обслуживания