Коэффициент готовности Время простоя, в год

Параметры доставки пакетов IP.Сеанс связи состоит из трех фаз – установления соединения, передачи информации и разъединения соедине-ния. В Рекомендации Y.1540 из трех фаз сеанса связи рассматривается только вторая фаза – фаза доставки пакетов IP. Такой подход отражает природу сетей IP, не ориентированных на установление соединений. Спе-цификацию рабочих характеристик и параметров QoS для двух других фаз (установление и разъединение соединения) планируется провести в даль-нейшем. Рекомендация МСЭ-Т Y.1540 определяет следующие параметры, ха-рактеризующие доставку IP-пакетов. Задержка доставки пакета IP (IP packet transfer delay, IPTD). Па-раметр IPTD определяется как время (t2 – t1) между двумя событиями – вводом пакета во входную точку сети в момент t1 и выводом пакета из вы-ходной точки сети в момент t2, где (t2 > t1) и (t2 – t1) <= Tmax. В общем, параметр IPTD определяется как время доставки пакета между источником и получателем для всех пакетов как успешно передан-ных, так и для пакетов, пораженных ошибками. Средняя задержка доставки пакета IP – параметр, специфициро-ванный в Рекомендации Y.1540, определяется как средняя арифметическая величина задержек пакетов в выбранном наборе переданных и принятых пакетов. Значение средней задержки зависит от передаваемого в сети тра-фика и доступных сетевых ресурсов, в частности, от пропускной способно-сти. Рост нагрузки и уменьшение доступных сетевых ресурсов ведут к рос-ту очередей в узлах сети и, как следствие, к увеличению средних задержек доставки пакетов.

Речевая информация и, отчасти, видеоинформация являются приме-рами трафика, чувствительного к задержкам, тогда как приложения данных в основном менее чувствительны к задержкам. Когда задержка доставки пакета превышает определенные значения Tmax, такие пакеты отбрасывают-ся. В приложениях реального времени (например, в IP-телефонии) это ве-дет к ухудшению качества речи. Ограничения, связанные со средней за-держкой пакетов IP, играют ключевую роль для успешного внедрения тех-

нологии Voice over IP (VoIP), видеоконференций и других приложений ре-ального времени. Этот параметр во многом будет определять готовность пользователей принять подобные приложения. Вариация задержки пакета IP (IP packet delay variation, IPDV). Па-раметр vk, характеризует вариацию задержки IPDV. Для IP-пакета с индексом k этот параметр определяется между вход-ной и выходной точками сети в виде разности между абсолютной величи-ной задержки xk при доставке пакета с индексом k, и определенной эталон-ной (или опорной) величиной задержки доставки пакета IP, d1,2, для тех же сетевых точек: vk = xk – d1, 2 Эталонная задержка доставки пакета IP, d1,2, между источником и по-лучателем определяется как абсолютное значение задержки доставки пер-вого пакета IP между данными сетевыми точками. Вариация задержки па-кета IP или джиттерпроявляется в том, что последовательные пакеты прибывают к получателю в нерегулярные моменты времени. В системах IP-телефонии это, к примеру, ведет к искажениям звука и, в результате, к тому, что речь становится неразборчивой. Коэффициент потери пакетов IP (IP packet loss ratio, IPLR). Ко-эффициент IPLR определяется как отношение суммарного числа потерян-ных пакетов к общему числу принятых пакетов в выбранном наборе пере-данных и принятых пакетов. Потери пакетов в сетях IP возникают в том случае, когда значение задержек при передаче пакетов превышает норми-рованное значение, определенное выше как Tmax. Если пакеты теряются, то при передаче данных возможна их повторная передача по запросу прини-мающей стороны. В системах VoIP пакеты, пришедшие к получателю с за-держкой, превышающей Tmax, отбрасываются, что ведет к провалам в при-нимаемой речи. Среди причин, вызывающих потери пакетов необходимо отметить рост очередей в узлах сети, возникающих при перегрузках. Коэффициент ошибок пакетов IP (IP packet error ratio, IPER). Ко-эффициент IPER определяется как суммарное число пакетов, принятых с ошибками, к сумме успешно принятых пакетов и пакетов, принятых с ошибками. Рекомендация МСЭ Y.1541Рекомендация Y.1540 определяет численные значения параметров, специфицированных в Рекомендации Y.1540, которые должны выполнять-ся в сетях IP на международных трактах, соединяющих терминалы пользо-вателей. Нормы на параметры разделены по различным классам QoS, кото-рые определены в зависимости от приложений и сетевых механизмов, при-меняемых для обеспечения гарантированного качества обслуживания. В табл. 2.9 представлены нормы на определенные выше сетевые характери-стики.

Значения параметров, приведенные в таблице, представляют собой, соответственно, верхние границы для средних задержек, джиттера, потерь и ошибок пакетов. В Рекомендации Y.1541 представлены спецификации набора параметров, связанных с измерением реальных значений сетевых характеристик – периода наблюдений, длины тестовых пакетов, числа па-кетов и т.д. В частности, при оценке качества передачи пакетов речи в IP-телефонии минимальный интервал наблюдения должен быть порядка 1 – 20 с при типичной скорости передачи 50 пакетов/с. Рекомендуемый интер-вал измерений для задержки, джиттера и потерь должен составлять не ме-нее 60 с. Рекомендация Y.1541 устанавливает соответствие между классами качества обслуживания и приложениями:

· класс 0 – приложения реального времени, чувствительные к джит-теру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видео-конференции);

· класс 1 – приложения реального времени, чувствительные к джит-теру, интерактивные (VoIP, видеоконференции);

· класс 2 – транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация);

· класс 3 – транзакции данных, интерактивные;

· класс 4 – приложения, допускающие низкий уровень потерь (ко-роткие транзакции, массивы данных, потоковое видео);

· класс 5 – традиционные применения сетей IP.

Примечание. Н – не нормировано

Таблица 2.9. Нормы для характеристик сетей IP с распределением по классам качества обслуживания

Сетевые характеристики

Классы QoS

Задержка доставки паке-та IP, IPTD

100 мс

400 мс

100 мс

400 мс

1 с

Н

Вариация задержки паке-та IP, IPDV

50 мс

50 мс

Н

Н

Н

Н

Коэффициент потери па-кетов IP, IPLR

1х10-3

1х10-3

1х10-3

1х10-3

1х10-3

Н

Коэффициент ошибок пакетов IP, IPER

1х10-4

1х10-4

1х10-4

1х10-4

1х10-4

Н

Примечание. Н – не нормировано

В. Архитектура сетевых механизмов обеспечения качества обслуживания в сетях IP Помимо определения сетевых параметров и спецификации норм для них, 13-я Исследовательская комиссия МСЭ-Т проводит в настоящее время работы по идентификации и стандартизации сетевых механизмов, обеспе-чивающих QoS в IP-ориентированных сетях. В мае 2004 г. была принята Рекомендация МСЭ Y.1291, описывающая архитектурную модель для под-держки качества обслуживания в сетях с пакетной передачей. Сетевые механизмы должны использоваться в комбинации с характе-ристиками качества обслуживания, формируемыми в зависимости от при-ложений. При разработке архитектуры сетевых механизмов учитывалось, что различные услуги будут иметь разнообразные требования к характери-стикам сети. Например, для телемедицины точность доставки играет более существенную роль, чем суммарная средняя задержка или джиттер, тогда как для IP-телефонии джиттер и задержка являются ключевыми характери-стиками и должны быть минимизированы. С учетом тенденции постоянно-го расширения числа приложений с различными требованиями к характе-ристикам качества обслуживания архитектура поддержки QoS должна включать в себя широкий набор общих сетевых механизмов, как сущест-вующих, так и перспективных, подлежащих разработке. Архитектура поддержки QoS определяет набор сетевых механизмов, называемых конструктивными блоками. В настоящее время определен на-чальный набор конструктивных блоков, отвечающих трем логическим плоскостям: плоскости контроля, плоскости данных (информационной плоскости) и плоскости административного управления (рис. 2.19). Плоскость контроля.Механизмы QoS контрольной плоскости опе-рируют с путями, по которым передается трафик пользователей, и включа-ют в свой состав:

· управление допуском (Admission Control, AC),

· маршрутизацию для QoS (QoS routing),

· резервирование ресурсов (Resource reservation).

Рис. 2.19. Архитектурная модель для поддержки качества обслуживания Плоскость данных.Группа механизмов оперирует непосредственно с пользовательским трафиком и включает в себя:

· управление буферами (Buffer management),

· предотвращение перегрузок (Congestion avoidance),

· маркировка пакетов (Packet marking),

· организация и диспетчеризация очередей (Queuing and scheduling),

· формирование трафика (Traffic shaping),

· правила обработки трафика (Traffic policing),

· классификация трафика (Traffic classification).

Плоскость административного управления.Содержит механизмы QoS, имеющие отношение к эксплуатации, администрированию и управле-нию сетью применительно к доставке пользовательского трафика. В число механизмов QoS на этой плоскости входят:

· измерения (Metering),

· заданные правила доставки (Policy),

· восстановление трафика (Traffic restoration),

· соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement).

Сетевые механизмы QoS (или, следуя терминологии МСЭ, блоки QoS) могут быть специфицированы применительно к сетевым узлам (например, управление буферами узлов) или к сетевым сегментам (маршрутизация QoS), где понятие «сетевой сегмент» может относиться к межконцевому соединению, участку доступа, межузловому участку или участку, соеди-

няющему две и большее число сетей. Далее рассмотрим некоторые из пе-речисленных выше механизмов. Для иллюстрации того, как различные механизмы поддержки QoS могут быть использованы в стандартизованных методах обеспечения тре-буемых показателей качества обслуживания, рассмотрим два наиболее ши-роко применяемых в настоящее время подхода при решении задачи обес-печения качества обслуживания: Интегрированные услуги (IntServ) и Диф-ференцированные услуги (DiffServ). Г. Механизмы поддержки качества обслуживания в сетях IP Как было отмечено выше, переход к сетям следующего поколения, построенным на базе стека протоколов IP, возможен только при условии, что для большого числа приложений будут обеспечены соответствующие показатели качества обслуживания. Для достижения этой цели был разра-ботан ряд механизмов борьбы с задержками и потерями, которые в соот-ветствии с разрабатываемой Рекомендацией МСЭ-Т Y.1291 разделены по трем плоскостям: плоскости контроля, плоскости данных и плоскости ад-министративного управления. 1. Механизмы QoS в плоскости контроля Управление допуском (Call Admission Control).Механизм контроли-рует новые заявки на пропуск трафика через сеть, определяя, может вновь поступающий трафик привести к перегрузке сети или к ухудшению уровня качества обслуживания для уже имеющегося в сети трафика. Обычно управление допуском построено на определенном наборе правил админи-стрирования, контроля и управления сетевыми ресурсами. Эти правила мо-гут быть специфицированы в соответствии с потребностями сетевого про-вайдера или базироваться на соглашении между провайдером и пользова-телем и включать в свой состав различные параметры качества обслужива-ния. Для удовлетворения требований определенных служб (например, при чрезвычайных обстоятельствах), соответствующему трафику может быть присвоен высший приоритет при доступе в сеть.

Маршрутизация QoS (QoS routing).Маршрутизация QoS обеспечи-вает выбор пути, который удовлетворяет требованиям к качеству обслужи-вания для конкретного потока данных. Выбираемый путь может отличаться от кратчайшего пути. Процесс определения пути предполагает знание тре-бований к качеству обслуживания со стороны потока данных и наличие информации о доступных сетевых ресурсах. В настоящее время предложе-но большое число возможных методов определения наилучшего пути по критерию QoS. Как правило, в вычислениях наилучшего пути в маршрути-зации QoS учитывается либо одна сетевая характеристика, либо максимум две (производительность и задержка, стоимость и производительность,

стоимость и задержка и т.д.), с тем, чтобы сделать процесс вычислений приемлемым для инженерных расчетов. Резервирование ресурсов (Resource reservation).В целом, необходи-мым условием для обеспечения резервирования ресурсов является наличие ресурсов в сети. Резервирование ресурсов широко использовалось в сетях АТМ при формировании постоянных виртуальных соединений. В IP-ориентированных сетях наиболее типичным механизмом резервирования является механизм, базирующийся на протоколе RSVP. 2. Механизмы QoS в плоскости данных Управление буферами (Buffer management).Управление буферами (или очередями) состоит в управлении пакетами, стоящими в узлах в оче-реди на передачу. Основные задачи управления очередями – минимизация средней длины очереди при одновременном обеспечении высокого исполь-зования канала, а также справедливое распределение буферного простран-ства между различными потоками данных. Схемы управления очередями различаются, в основном, критерием, по которому отбрасываются пакеты, и местом в очереди, откуда производится сброс пакетов (начало или конец очереди). Наиболее простым критерием для сброса пакетов является дос-тижение очередью определенного порога, называемого максимальной дли-ной очереди. Более распространены сегодня так называемые механизмы активного управления очередями. Типичным примеров является алгоритм RED (Ran-dom Early Detection, Раннее случайное обнаружение перегрузки). При ис-пользовании алгоритма RED поступающие в буфер пакеты сбрасываются на основании оценки средней длины очереди. Вероятность сброса пакетов растет с ростом средней длины очереди. Предотвращение перегрузок (Congestion avoidance).Механизмы предотвращения перегрузок поддерживают уровень нагрузки в сети ниже ее пропускной способности. Обычный способ предотвращения перегрузок состоит в уменьшении трафика, поступающего в сеть. Как правило, коман-да уменьшить трафик влияет в первую очередь на низкоприоритетные ис-точники. Одним из примеров механизмов предотвращения перегрузок яв-ляется механизм окна в протоколе TCP. Маркировка пакетов (Packet marking).Пакеты могут быть промар-кированы в соответствии с определенным классом обслуживания. Марки-ровка обычно производится во входном пограничном узле, где в специаль-ное поле заголовка (Type of Service в заголовке IP или DS-байт в заголовке DiffServ, см. ниже) вводится определенное значение. Кроме того, марки-ровка применяется для тех пакетов, которые могут быть удалены в случае перегрузки сети.

Организация и планирование очередей (Queuing and scheduling).Цель механизмов этой группы – выбор пакетов для передачи из буфера в

канал. Большинство дисциплин обслуживания (или планировщиков) осно-ваны на схеме «первый пришел – первый обслуживается». Для обеспечения более гибких процедур вывода пакетов из очереди был предложен ряд схем, основанных на формировании нескольких очередей. Среди них в первую очередь необходимо назвать схемы приоритетного обслуживания. Другой пример гибкой организации очереди – механизм взвешенной справедливой буферизации (Weighted Fair Queuing, WFQ), когда ограниченная пропуск-ная способность на выходе узла распределяется между несколькими пото-ками (очередями) в зависимости от требований к пропускной способности со стороны каждого потока. Еще одна схема организации очереди основана на классификации по-токов по классу обслуживания (Class-Based Queuing, CBQ). Потоки клас-сифицируются в соответствии с классами обслуживания и затем размеща-ются в буфере в различных очередях. Каждой очереди выделяется опреде-ленный процент выходной пропускной способности в зависимости от клас-са, и очереди обслуживаются по циклической схеме. Формирование трафика (Traffic shaping).Формирование или управление характеристиками трафика предполагает контроль скорости передачи пакетов и объема потоков, поступающих на вход сети. В резуль-тате прохождения через специальные формирующие буферы уменьшается пачечность исходного трафика, и его характеристики становятся более предсказуемыми. Известны два механизма обработки трафика – Leaky Bucket («дырявое ведро») и Token Bucket («ведро с жетонами»). Алгоритм Leaky Bucket регулирует скорость пакетов, покидающих узел. Независимо от скорости входного потока, скорость на выходе узла является величиной постоянной. Когда ведро переполняется, лишние пакеты сбрасываются. В противоположность этому, алгоритм Token Bucket не регулирует скорость на выходе узла и не сбрасывает пакеты. Скорость пакетов на вы-ходе узла может быть такой же, как и на входе, если только в соответст-вующем накопителе («ведре») есть жетоны. Жетоны генерируются с опре-деленной скоростью и накапливаются в ведре. Алгоритм характеризуется двумя параметрами – скоростью генерации жетонов и размером памяти («ведра») для них. Пакеты не могут покинуть узел, если в ведре нет жето-нов. И наоборот, сразу пачка пакетов может покинуть узел, израсходовав соответственное число жетонов. Правила обработки трафика (Traffic policing).Блок принимает ре-шение о том, соответствует ли поступающий от транзитного узла к тран-зитному узлу трафик заранее согласованным правилам обработки или кон-трактам. Обычно несоответствующие пакеты отбрасываются. Отправители могут быть уведомлены об отброшенных пакетах и обнаруженных причи-нах, а также о соблюдении соответствия в будущем, обусловленного со-глашениями SLA.

Классификация трафика (Traffic classification).Классификация трафика может быть проведена на потоковом или пакетном уровне. На входе в сеть в узле доступа (пограничном маршрутизаторе) пакеты класси-фицируются для того, чтобы выделить пакеты одного потока, характери-зуемого общими требованиями к качеству обслуживания. Затем трафик подвергается процедуре нормирования (механизм Traffic Conditioning). Нормирование трафика предполагает измерение параметров трафика и сравнение результатов измерений с параметрами, оговоренным в контракте по трафику, известному как Соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA, см. ниже). Если условия SLA нарушаются, то часть пакетов может быть отброшена. Магистральные маршрутизаторы, состав-ляющие ядро сети, обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с тре-буемым уровнем QoS. 3. Механизмы QoS в плоскости административного управления Измерения (Metering).Измерения обеспечивают контроль парамет-ров трафика – например, скорость потока данных в сравнении с согласо-ванной в SLA скоростью. По результатам измерений могут быть реализо-ваны определенные процедуры, такие как сброс пакетов и применение ме-ханизмов Leaky Bucket и Token Bucket. Заданные правила доставки (Policy).Под правилами доставки здесь понимается набор правил, используемых для контроля и административно-го управления доступом к сетевым ресурсам. На основе таких правил по-ставщики услуг могут осуществлять реализацию механизмов в плоскости управления и плоскости данных. Возможными применениями правил дос-тавки являются маршрутизация по заданным правилам, фильтрация паке-тов на основе заданных правил (маркировка или отбрасывание пакетов), регистрация заданных потоков, правила обработки, связанные с безопасно-стью. Восстановление трафика (Traffic restoration).Под восстановлени-ем трафика в данной Рекомендации понимается реакция сети, смягчающая последствия в условиях отказа. Восстановление трафика рассматривается на различных уровнях эталонной модели процессов. На физическом уровне при использовании SDH надежность обеспечивается автоматической за-щитной коммутацией. На канальном уровне транспортных сетей восста-новление трафика обеспечивается специальными механизмами, развитыми для кольцевых и ячеистых структур. Соответствующие процедуры преду-смотрены в технологии АТМ. Восстановление на сетевом уровне (протокол IP) осуществляется с помощью технологии MPLS.

Соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement).Од-ним из основных понятий в концепции обеспечения требуемого уровня ка-чества обслуживания в современных сетях является соглашение об уровне обслуживания. Первые SLA-контракты были разработаны в середине 90-х

гг. при предоставлении услуг передачи данных с использованием техноло-гий Frame Relay, ATM и IP. Необходимость подобных контрактов была вы-звана возрастающими требованиями к операторам со стороны клиентов, чей бизнес все больше зависел от надежной и своевременной передачи ин-формации. Контракт SLA предполагает повышенную ответственность по-ставщика услуг, дисциплинирует его. В определенной степени это дисцип-линирует и заказчика, поскольку заключению соглашения предшествует этап анализа требований к уровню сервиса. Соглашение SLA, называемое в ряде источников контрактом по тра-фику, представляет собой контракт между пользователем и провайдером услуг/сетевым провайдером. В контракте определяются основные характе-ристики (профиль) трафика, формируемого в оборудовании пользователя, и параметры QoS, предоставляемые провайдером. Соглашение SLA может включать в себя также и ценовые характеристики. Техническая часть SLA специфицирует набор параметров и их значения, которые вместе опреде-ляют уровень обслуживания, обеспечиваемый трафику пользователя со стороны сетевого провайдера. Контракт SLA может быть статическим (согласовывается на дли-тельный период – месяц, год и т.п.) или динамическим (определяется для каждого сеанса). В последнем случае для запроса требуемого уровня QoS должен использоваться сигнальный протокол (например, RSVP). Соглаше-ния SLA, прежде всего, предполагают четко регламентированные обяза-тельства поставщика услуг по обеспечению их качества (время предостав-ления услуги, например, круглосуточно или только в рабочие дни; время реакции на инцидент; время выезда персонала к заказчику; время закрытия инцидента и т.д.), а также штрафные санкции за нарушение регламента. Из опыта зарубежных сетевых провайдеров известно, что стоимость SLA до-бавляется к стоимости гарантийного обслуживания и в ряде случаев стои-мость SLA может быть в несколько раз выше стоимости гарантийного об-служивания. 2.3.4. Основные модели и механизмы обеспечения качества об-служивания в сетях IPА. Модель предоставления интегрированных услуг (IntServ) Процесс превращения сети Интернет в середине 90-х гг. из академи-ческой в коммерческую инфраструктуру, рост числа узлов и количества пользователей, применение сети Интернет для разнообразных приложений с различными требованиями к качеству обслуживания – все эти факторы определили быстрое развитие механизмов поддержки QoS. В ответ на но-вые условия, возникшие в сетях IP, Комитет IETF предложил большой на-бор моделей и механизмов для обеспечения качества обслуживания в сетях Интернет, которые разделяются на две категории в соответствии с назва-

ниями рабочих групп Комитета IETF, разрабатывающих эти модели и ме-ханизмы – интегрированные и дифференцированные услуги. Рабочая группа Integrated Services Working Group разрабатывала мо-дель предоставления интегрированных услуг (или IntServ), основанную на принципе интегрированного резервирования ресурсов. Модель IntServ бы-ла разработана для поддержки приложений реального времени, чувстви-тельных к задержкам. Механизмы, реализующие модель интегрированных услуг, должны обеспечивать взаимодействие всех сетевых устройств для поддержки любого уровня QoS вдоль пути передачи определенного потока пакетов. Наиболее детально среди механизмов группы IntServ проработан протокол RSVP (Resource ReSerVation Protocol), спецификация которого (RFC 2205, [8]) была принята Комитетом IETF в 1997 г. Механизмы группы IntServ относятся к группе методов, гарантирующих «жесткое» или абсо-лютное качество обслуживания. Протокол RSVP является наиболее извест-ным представителем группы механизмов интегрированного обслуживания. По существу, RSVP представляет собой протокол сигнализации, в соответ-ствии с которым осуществляется резервирование и управление ресурсами с целью гарантии «жесткого» качества обслуживания. Резервирование про-изводится для определенного потока IP-пакетов перед началом передачи этого потока. Идентификация потока (определение пакетов, принадлежа-щих одному потоку) осуществляется по специальной метке, размещаемой в основном заголовке каждого пакета IPv6. После резервирования пути на-чинается передача пакетов данного потока, обслуживаемых на всем меж-концевом соединении с заданным качеством. Протокол RSVP является только протоколом сигнализации. Для обеспечения требуемого качества обслуживания на фазе переноса пакетов трафика он должен быть дополнен одним из существующих протоколов маршрутизации, а также набором механизмов управления трафиком, вклю-чающих управление допустимостью соединений (CAC), классификацию трафика, управление и планирование очередей, а также другие механизмы, составляющие основу архитектуры механизмов поддержки QoS, рассмот-ренную выше. Несмотря на возможности протоколов группы IntServ в плане обес-печения требуемых показателей QoS, реализация и развертывание методов интегрированного обслуживания связаны с определенными трудностями, особенно в территориально распределенных сетях. В частности, необходи-мо учитывать возможность перегрузки маршрутизаторов и переполнения накопителей в сетевых узлах при большом числе одновременно обслужи-ваемых потоков. Необходимо также признать, что протоколы группы IntServ не отвечают требованиям масштабируемости. Достаточно высокими оказываются и требования к маршрутизаторам с точки зрения набора обя-зательных механизмов (RSVP, CAC и др.). Поэтому во второй половине 90-

х гг. (именно в этот период был отмечен взрывной рост сетей Интернет) начались работы по созданию моделей и механизмов предоставления диф-ференцированных услуг (DiffServ). Эти работы проводятся группой Diffe-rentiated Services Working Group Комитета IETF. Б. Модель предоставления дифференцированных услуг Модель дифференцированных услуг (Differentiated Services, DiffServ) является логическим продолжение работ IETF над архитектурой IntServ. Недостатки, заложенные в самом принципе модели IntServ (жесткие гаран-тии качества обслуживания, низкий уровень масштабирования), привели к необходимости создания более гибких механизмов обеспечения QoS. Об-щая характеристика принципов предоставления дифференцированных ус-луг (RFC-2475, [9]) была опубликована в декабре 1998 г., а более детальные спецификации появились в середине 1999 г. Методы DiffServ составляют группу механизмов, которые в отличие от методов IntServ обеспечивают относительное или «мягкое» качество обслуживания. Основная идея механизмов DiffServ состоит в предоставлении диф-ференцированных услуг для набора классов трафика, отличающихся требо-ваниями к показателям качества обслуживания. Как и в случае механизмов IntServ, для реализации дифференцированных услуг широко применяются механизмы, входящие в состав рассмотренной выше архитектуры под-держки QoS в сетях IP. Одним из центральных понятий модели DiffServ является соглашение об уровне обслуживания, входящее в состав механизмов QoS на плоскости менеджмента. В модели DiffServ архитектура сети представляется в виде двух сегментов – пограничных участков и ядра. На входе в сеть в узле дос-тупа (пограничном маршрутизаторе) пакеты классифицируются (механизм Traffic classification) для того, чтобы выделить пакеты одного потока, ха-рактеризуемого общими требованиями к качеству обслуживания. Затем трафик подвергается процедуре нормирования (механизм Traffic condition-ing). Нормирование трафика предполагает измерение параметров трафика и сравнение результатов измерений с параметрами, оговоренным в контракте SLA. Если условия SLA нарушаются, часть пакетов может быть отброшена. При необходимости поток пакетов проходит через устройство профилиро-вания (механизм Traffic shaping). Магистральные маршрутизаторы, состав-ляющие ядро сети, обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с тре-буемым уровнем QoS. Требования к необходимому набору показателей качества обслужи-вания задаются в специальном однобайтовом поле каждого пакета – в окте-те Type of Service (ToS) протокола IPv4 или в октете Traffic Class (ТС) про-токола IPv6. Отметим, что в модели DiffServ это поле называется DS-байтом. Содержание DS-байта определяет вид предоставляемых услуг. Первые два бита определяют приоритет пакета, следующие четыре – тре-

буемый класс обслуживания пакета в узле и два бита остаются неисполь-зуемыми. Класс обслуживания здесь означает механизм обработки и про-движения пакета из данного узла к следующему узлу (Реr-Нор Behavior, PHB) в соответствии с необходимым качеством обслуживания. Таким об-разом, с помощью поля DS можно определить до 32 двух различных уров-ней качества обслуживания. В стандартах IETF RFC 2598 и RFC 2597 определены два класса ус-луг для модели DiffServ. В спецификации RFC 2598 описан класс «срочной доставки» (Expedited Forwarding, EF), обеспечивающий наивысший из воз-можных уровней качества обслуживания (Premium Service) и применяемый для приложений, требующих доставки с минимальными значениями за-держки и джиттера. Второй класс обслуживания, получивший название «гарантированной доставки» (Assured Forwarding, AF), представлен в спе-цификации RFC 2597. Класс гарантированной доставки поддерживает уро-вень качества обслуживания более низкий, чем класс срочной доставки, но более высокий, чем обслуживание по принципу «наилучшей попытки». Внутри этого диапазона QoS класс AF определяет четыре типа трафика и три уровня отбрасывания пакетов. Таким образом, класс AF обеспечивает возможность обслуживания до 12 разновидностей трафика в зависимости от набора требуемых показателей качества обслуживания. Обработка пакетов в соответствии с определенными уровнем при-оритета и типом трафика осуществляется специальными схемами обслужи-вания очередей, обеспечивающими контроль задержек и джиттера пакетов и исключение возможных потерь. Среди основных механизмов управления очередями отметим приоритетное обслуживание (Priority Queuing), взве-шенное справедливое обслуживание (Weighted Fair Queuing) и обслужива-ние в соответствии с механизмом PHB (Class-Based Queuing). Относительная простота классификации трафика в модели DiffServ и отсутствие механизмов сквозного (end-to-end) резервирования ресурсов оп-ределяют широкие возможности применения дифференцированных услуг по сравнению с механизмами IntServ, Применение механизмов DiffServ в магистральном ядре сети позволяет использовать их для обработки агреги-рованного трафика, который может объединяться в пограничных сегментах сети. Такой подход может оказаться эффективным, например, в IP-телефонии, когда множество речевых потоков объединяются в один агре-гированный поток, характеризуемый одинаковыми требованиями к показа-телям качества обслуживания. Вместе с тем, следует отметить, что механизмы DiffServ не могут га-рантировать такой же уровень QoS, какой можно получить в цифровых те-лефонных сетях, базирующихся на коммутации каналов (например, в ISDN). При этом можно ожидать, что в будущих сетях доля служб, тре-бующих такой уровень качества, будет относительно небольшой, тогда как для приложений с менее критическими требованиями к QoS модели и ме-

ханизмы дифференцированных услуг будут способны обеспечить необхо-димый уровень качества обслуживания. В. Многопротокольная коммутация по меткам (технология MPLS) История разработки протокола MPLS. Технология MPLS пред-ставляет собой развитие технологии Tag Switching (коммутация по тегам или по меткам), разработанной компанией Cisco в середине 90-х гг. Суще-ство механизма Tag Switching состоит в следующем. Вначале каждый мар-шрутизатор сети IP формирует маршрутные таблицы, используя стандарт-ные протоколы маршрутизации (например, протокол OSPF). Затем каждо-му маршруту ставится в соответствие (генерируется) метка (label), которая может определять один маршрут или набор маршрутов. Набор меток фор-мирует определенный аналог виртуального соединения называемый «путем, коммутируемым по меткам» (Label Switched Path, LSP). Таким образом, метки могут рассматриваться как определенный ана-лог идентификаторов виртуальных соединений (VPI/VCI) в технологии ATM или идентификаторов логических каналов в технологиях Frame Relay или Х.25. Сформированный набор меток соответствует определенному на-бору маршрутных таблиц. Как только топология сети IP меняется (изменя-ются таблицы маршрутизации), должны быть изменены наборы меток, и, соответственно, меняются наборы виртуальных путей. Поэтому механизмы коммутации по меткам относятся к группе механизмов, ориентированных на топологию. При поступлении пакета во входной граничный маршрутизатор паке-ту присваивается метка, в соответствии со значением которой пакет пере-сылается в соседний маршрутизатор на данном маршруте. Маршрутизатор, приняв пакет, анализирует метку и затем передает пакет к следующему уз-лу, изменив, если необходимо, значение метки. Таким образом, анализ ад-ресов IP (как это делается в магистральных маршрутизаторах IP) заменяет-ся в протоколе Tag Switching анализом коротких меток, определяющих на-правление передачи пакетов IP, принадлежащих одному сообщению. Протокол MPLS.В течение 1996 – 97 гг. компании – производители маршрутизаторов для сетей IP предложили большое число вариантов схем коммутации меток, что привело к необходимости стандартизации механиз-мов этой группы. С этой целью в 1997 г. была создана специальная рабочая группа IETF, получившая название Multi-Protocol Label Switching, MPLS. Первая спецификация MPLS была опубликована в 1999 г. Основы протоко-ла MPLS описаны в большом числе документов RFC и книг. Разработанная вначале для целей взаимодействия сетей IP и сетей АТМ (Frame Relay), технология MPLS обеспечивает существенные пре-имущества в скорости переноса пакетов через сети IP при использовании коротких меток в протокольных блоках второго (канального) уровня (или MAC-уровня) эталонной модели OSI.

Основу спецификации протокола MPLS составили предложения ком-паний Cisco, IBM и Toshiba. Протокол MPLS базируется на распознавании потоков пакетов, имеющих одинаковый маршрут, и присвоении им соот-ветствующих меток. В технологии MPLS соответствие между пакетом и потоком устанавливается только один раз, на входе в сеть MPLS. Эта осо-бенность является существенным признаком, отличающим процесс перено-са пакетов в сети MPLS от процесса переноса пакетов в сети IP, где каждый маршрутизатор, находящийся на пути следования пакетов, анализирует за-головок каждого пакета, чтобы определить, к какому потоку этот пакет от-носится, и выбрать направление для его пересылки к следующему маршру-тизатору. Принцип коммутации MPLS основывается на обмене меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уров-ня FEC (Forwarding Equivalence Class), каждый из которых идентифициру-ется определенной меткой. Значение метки, размер которой составляет 32 бита, уникально для участка пути между соседними узлами сети MPLS. Эти узлы называются также маршрутизаторами LSR (Label Switching Router, LSR), коммутирующими по меткам. Метка передается с каждым пакетом IP. Обмен метками производится с помощью специального прото-кола распределения меток LDP (Label Distribution Protocol), базирующегося на протоколе резервирования ресурсов RSVP. Последовательность маршрутизаторов (LSRвх, LSR2, ..., LSRвых), через которые проходят пакеты, принадлежащие одному FEC, образует вирту-альный путь LSP, коммутируемый по меткам, LSP (уже введенный выше при рассмотрении технологии Tag Switching). Маршрутизаторы LSR анали-зируют вместо пакета IP (160 бит) метку (32 бита). Механизм MPLS предусматривает два способа пересылки пакетов. При одном способе каждый маршрутизатор выбирает следующий участок маршрута самостоятельно, а при другом заранее задается цепочка маршру-тизаторов, через которые должен пройти пакет. Второй способ основан на том, что маршрутизаторы на пути следования пакета действуют в соответ-ствии с инструкциями, полученными от одного из LSR данного LSP (обыч-но – от находящегося ниже в LSP-пути, что позволяет совместить процеду-ру «раздачи» этих инструкций с процедурой распределения меток). Распре-деление меток между LSR приводит к установлению внутри домена MPLS путей с коммутацией по меткам.

Каждый маршрутизатор LSR содержит таблицу, которая ставит в со-ответствие паре «входной интерфейс, входная метка» тройку «префикс ад-реса получателя, выходной интерфейс, выходная метка». Получая пакет, маршрутизатор LSR по номеру интерфейса, на который пришел пакет, и по значению привязанной к пакету метки определяет для него выходной ин-терфейс. (Значение префикса применяется лишь для построения таблицы и в самом процессе коммутации не используется.) Старое значение метки за-

меняется новым, содержавшимся в поле «выходная метка» таблицы, и па-кет отправляется к следующему устройству на пути LSP. Вся операция требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса отправителя с наиболее длинным адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной мар-шрутизации. Таким образом, в основе технологии MPLS лежит метка – идентифи-катор фиксированной длины, который определяет класс маршрутизации FEC. По значению метки пакета определяется его принадлежность к опре-деленному классу на каждом из участков коммутируемого маршрута. Как уже отмечалось, метка должна быть уникальной лишь в пределах соедине-ния между каждой парой логически соседних LSR. Поэтому одно и то же значение метки может использоваться маршрутизатором LSR для связи с различными соседними маршрутизаторами, если только имеется возмож-ность определить, от какого из них пришел пакет с данной меткой. Перед включением в состав пакета метка определенным образом ко-дируется, вводится в заголовок протокола канального уровня и помещается между заголовком канального уровня и заголовком пакета IP. Метка также может или кодироваться в виде определенного значения VPI/VCI в сети АТМ. Для пакетов протокола IPv6 метку можно разместить в поле иденти-фикатора потока. Метка может принимать любое значение, кроме несколь-ких зарезервированных. Для обеспечения структурирования потоков в пакете создается стек меток, каждая из которых имеет свою зону действия. Формат стека меток представлен на рис. 2.20. Стандартно стек меток размещается между заго-ловками сетевого и канального уровней (соответственно L2 и L3). Каждая запись в стеке занимает 4 октета.

Рис. 2.20. Формат стека меток: CoS – Class of Service (класс обслуживания) S – флаг-указатель стека меток; TTL – Tome-to-Live (Время жизни пакета MPLS)

На рис. 2.21 представлен фрагмент сети MPLS. Как показано на ри-сунке, отправитель посылает свои данные адресату. В домене MPLS не обязательно весь трафик от источника передается по одному тракту. В за-висимости от характеристик передаваемого трафика для пакетов с разными требованиями по QoS могут создаваться разные LSP. На рис. 2.21 погра-ничный маршрутизатор LSR1 является входным маршрутизатором, а LSR4 – выходным маршрутизатором.

Рис. 2.21. Фрагмент сети MPLS

Таким образом, главная особенность MPLS — отделение процесса маршрутизации пакета от необходимости анализа IP-адресов в его заголов-ке, что приводит к существенному уменьшению времени пребывания паке-тов в маршрутизаторе и обеспечению требуемых показателей QoS для тра-фика реального времени. Каждый из классов FEC обрабатывается отдельно от остальных — не только потому, что для него строится свой путь LSP, но и с позиций досту-па к общим ресурсам (к пропускной способности канальных ресурсов и к буферному пространству маршрутизаторов). В результате технология MPLS позволяет очень эффективно поддерживать требуемое качество об-служивания, не нарушая предоставленных пользователю гарантий. Для обеспечения требуемых показателей качества обслуживания про-токол MPLS использует элементы механизмов IntServ и DiffServ. Как уже упоминалось выше, протокол распределения меток LDP базируется на про-токоле RSVP. Это позволяет предварительно резервировать сетевые ресур-сы вдоль тракта LSP на этапе установления с тем, чтобы гарантировать требуемые показатели QoS для пакетов, переносимых по данному тракту.

Кроме того, пакеты, принадлежащие одному классу FEC, могут обра-батываться в соответствии с механизмами DiffServ. Применение в маршру-тизаторах LSR механизмов поддержки показателей QoS, таких как управ-ление буферизацией и очередями, маркировка пакетов, маршрутизация QoS, обработка трафика (классификация, формирование и др.), обеспечивает

эффективные пути обеспечения требуемых показателей QoS для различных видов трафика. 2.4. Эволюция сетей мобильной связиКак уже отмечалось выше, переход к сетям подвижной связи 3-го по-коления будет сопровождаться увеличением спроса на доступ к мультиме-дийным услугам в любое время, в любом месте. Для того чтобы удовлетво-рить новые требования пользователей, в ряде регионов мира началось строительство сетей подвижной связи третьего поколения. В частности, в мире развертываются системы мобильной связи 3-го поколения (3G) на ба-зе технологии UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), кото-рые должны заменить в будущем системы на базе стандарта GSM. Система UMTS обеспечивает пользователя персональной связью, поддерживая доступ к новым видам услуг, среди которых важную роль бу-дут играть интерактивные приложения. Система UMTS включает в свой состав конструктивные элементы для конвергенции фиксированных сетей и мобильных систем 3-го поколения, чтобы гарантировать пользователю одинаково высокий уровень мультимедийных услуг как в фиксированных, так и в мобильных сетях. Новое поколение систем мобильной связи пред-лагает массовому рынку персонализированную связь независимо от места расположения абонента, используемой сети или типа терминала. Перечислим основные характеристики UMTS:

· достаточная пропускная способность для узкополосных и широко-полосных услуг благодаря высокой эффективности использования радио-спектра и предоставлению полосы пропускания по требованию;

· скорость передачи, достаточная для мультимедийных услуг, харак-теризуемых пересылкой больших объемов информации и интерактивно-стью;

· качество речи, сопоставимое с качеством речи в фиксированных сетях, и высококачественные услуги при передаче данных; · удобство доступа к услугам через виртуальную домашнюю среду, персонализированные услуги, усовершенствованный пользовательский ин-терфейс (например, на базе Web), повсеместное покрытие – от дома и офи-са до любого места вне помещений. Переход от GSM к UMTS и к сетям 4-го поколения.Система UMTS не будет абсолютно новой системой. Скорее всего, она может рас-сматриваться как развитие систем GSM, и при ее развертывании будет ши-роко использоваться опыт систем второго поколения. Фаза 2 GSM уже от-вечает требованиям по поддержке мультимедийных услуг путем введения среднескоростных технологий с коммутацией каналов (HSCSD, EDGE) и эффективного метода коммутации пакетов (GPRS). Технология HSCSD комбинирует до восьми временных слотов GSM; технология EDGE пред-

ставляет альтернативный радиоинтерфейс в пределах полосы частот GSM, что делает интерфейс EDGE совместимым с интерфейсом GSM. Однако из-за ограничений по полосе пропускания радиоинтерфейса ожидается, что эти услуги будут предлагаться на рынке не столь широко. Используя такие средства, как CAMEL, SIM Toolkit и Mobile Station Application Execution Environment (Мобильная среда выполнения приложений), стандарт GSM также обеспечивает базу для реализации концепции виртуальной домашней среды. Два требования (которые в настоящее время пока не могут быть реа-лизованы на базе стандарта GSM) должны быть выполнены для эффектив-ного и массового продвижения мобильных мультимедийных приложений – достаточная полоса частот и гибкость служб транспортировки информации:

· требование к полосе пропускания связано с возможностями сети радиодоступа и магистральной сети по обеспечению в радиоинтерфейсе скоростей передачи до 2 Мбит/с; · отделение управления вызовом от непосредственно соединения и управления переносом информации составляет существо второго требова-ния. Вызов/сеанс могут включать в себя множество соединений и исполь-зовать один или несколько каналов. Необходимо обеспечить возможность добавлять или удалять соединения или каналы по запросу пользователя во время вызова (например, удалять участника конференции, изменять пока-затели качества обслуживания QoS) или контролировать события, проис-ходящие в радиоканале (например, передачу управления в соту с меньшей пропускной способностью информационного канала). Что касается поддержки услуг, в UMTS будут стандартизованы сер-висные возможности, а не сами услуги (в отличие от GSM). Сервисные возможности включают в свой состав транспортные службы (службы ПД с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов) и механизмы, необходи-мые для реализации услуг. Эти стандартизированные возможности обеспечивают единую плат-форму, позволяющую поддерживать речь, видео, мультимедийный трафик, передачу сообщений, данных, пользовательские приложения и дополни-тельные услуги. Рынок услуг, комбинирующих эти возможности, опреде-ляется сервис-провайдерами и пользователями. Кроме того, такой подход уменьшает время, необходимое для развертывания новых видов услуг, да-вая операторам возможность конкурировать на уровне услуг. В то же время уже сегодня все большее применение находят системы WiMAX, которые поддерживают существенно более высокие скорости пе-редачи данных, чем в системах 3G; на базе этой технологии могут быть ор-ганизованы городские беспроводные сети с возможностями, превышаю-щими потенциал сетей 3G. Наконец, активно идут разработки технологий для крупномасштабных беспроводных сетей нового поколения (4G), полу-чивших название LTE (Long Term Evolution). Эволюция мобильных систем

иллюстрируется рис. 2.22, где отмечены годы начала внедрения той или иной технологии, но отнюдь не ее конца.

Рис. 2.22. Эволюция мобильных систем связи Ожидается, что успешно функционирующий сегодня стандарт GSM доживет примерно до 2020 г.; параллельно будут развиваться сети UMTS, и возможности GSM/UMTS в условиях ограниченной мобильности будут расширяться технологиями Wi-Fi и WiMAX. В 2011 г. ожидаются первые шаги коммерческой эксплуатации сетей на основе технологий с многообе-щающим наименованием LTE (Long Term Evolution), которые позволят обеспечить скорость передачи данных от 100 и до 300 Мбит/с.

Предпосылки мобильных сетей 4-го поколения базируются на бес-шовной интеграции широкополосного беспроводного доступа и глобальной мобильности. Предвестниками 4G можно считать представленные на рис. 2.22 системы с многоканальными входами/выходами MIMO (Multiple Input Multiple Output) и другие средства, позволяющие развивать возмож-ности мобильной связи. Что касается радиоинтерфейсов, то здесь перспек-тивной представляется технология множественного доступа с ортого-нальным частотным разделением каналов OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), обладающая устойчивостью к ухудшению таких характеристик каналов, как затухание. Для бесшовной интеграции в 4G

разработана технология программно-определяемого радиооборудования SDR (Software-Defined Radio), позволяющая работать с несколькими мето-дами модуляции, скачкообразной перестройкой частоты, безопасностью связи, роумингом и услугами широкополосной мобильной связи. Кроме то-го, партнерство 3GPP утвердило стандарт LTE в качестве стандарта 4-го поколения сотовых сетей подвижной радиосвязи. Согласно международ-ному регламенту для LTE выделены 2 полосы частот. Одна из них совпада-ет с полосой для сетей UMTS – 2 ГГц, вторая полоса должна быть распо-ложена в диапазоне 760 – 870 МГц. Заметим, что в отличие от рассмотренных в предыдущих разделах поколений 1G, 2G, 3G перспективное поколение 4G не связано с какой-то одной определенной технологией и рассматривается как технологически независимое. Более того, стандарт 4G рассматривается как конвергенция «чисто мобильных» технологий типа OFDM и SDR и широкополосных технологий Wi-Fi и WiMAX, характеризуемых ограниченной мобильно-стью. К этому следует добавить еще одно принципиальное отличие сетей 4G от 3G: технология 4G полностью основана на протоколах пакетной пе-редачи данных, в то время как 3G все еще соединяет в себе коммутацию каналов и коммутацию пакетов. ВыводыРассматриваются основные направления эволюции сетевых техноло-гий в соответствии с моделью сети, предложенной Международным сою-зом электросвязи. Определены ключевые факторы, определяющие эволю-цию сетей доступа – применение различных физических сред и необходи-мость развертывания систем широкополосного доступа. Описаны примеры систем широкополосного доступа для сетей на базе витой пары, коаксиаль-ного кабеля и широкополосного беспроводного доступа. Рассматривается эволюция систем передачи от систем с частотной модуляцией до систем с разделением по длине волны. Приведена характеристика двух основных систем распределения информации в транспортных сетях – технологии АТМ и технологии Интернет и показана перспектива использования техно-логии Интернет в сетях следующего поколения. Рассматриваются вопросы качества обслуживания в сетях IP и описаны основные механизмы обеспе-чения гарантированных показателей QoS в сетях IP. Дана характеристика эволюции систем подвижной связи как переход от аналоговых систем (1G) к цифровым системам (2G и 3G). Рассмотрены особенности технологии LTE и сетей мобильной связи 4-го поколения. Контрольные вопросы1. Дайте определение сети доступа. 2. Перечислите основные факторы, влияющие на эволюцию сетей доступа.

3. Перечислите основные технологии доступа в зависимости от физи-ческой среды. 4. Дайте общую характеристику семейства технологий xDSL. 5. Назовите основные характеристики технологии ADSL. 6. Почему технология ADSL получила широкое распространение в сетях доступа? 7. Назовите основные технологии семейства PON. 8. Определите направления развития технологии Ethernet. 9. Назовите основные параметры систем КАТВ. 10. Назовите основные системы доступа на базе волоконно-оптических систем. 11. Назовите основные характеристики систем Wi-Fi (диапазон час-тот, скорости передачи, радиусы покрытия). 12. Назовите основные особенности систем WiMAX.

13. Назовите основные этапы эволюции систем передачи.

14. В чем разница между системами цифровой иерархии ПЦИ и СЦИ?

15. Что такое «способность к самовосстановлению»?

16. Объясните, в чем основные причины развития систем DWDM.

17. Объясните принцип каналообразования в системах DWDM.

18. Как эволюционируют сети доступа с позиций внедрения волокон-но-оптических систем передачи?

19. Перечислите основные свойства технологии АТМ.

20. Назовите параметры ячейки АТМ.

21. Перечислите основные возможности технологии АТМ как базы для мультисервисных сетей связи.

22. Назовите возможные применения технологии АТМ в современ-ных системах связи.

23. Перечислите основные этапы развития технологии Интернет.

24. Назовите основные свойства технологии Интернет, определившие успех ее развития в 90-х гг.

25. Объясните ключевые факторы эволюции сетей Интернет.

26. Объясните основные проблемы использования Интернет как базы для построения современных сетей связи.

27. Определите понятие «качество обслуживания» для сетей Интер-нет.

28. Назовите основные направления эволюции сетей Интернет.

29. Объясните, какие проблемы сетей Интернет решаются с введени-ем протокола IPv6.

30. Что такое ―Best effort‖?

31. В чем разница между различными типами трафика (голос, видео, данные и т.д.) с точки зрения качества обслуживания?

32. Какие показатели качества обслуживания описываются в Реко-мендации МСЭ Y.1540?

33. В чем измеряется надежность сети?

34. Дайте определения вероятностно-временных параметров качества обслуживания и приведите их нормированные значения.

35. Дайте характеристику механизмов QoS:

· в плоскости контроля

· в плоскости данных

· в плоскости управления.

36. В чем состоит основная идея механизма IntServ?

37. Объясните механизм работы протокола RSVP.

38. Назовите основные механизмы, реализуемые в модели DiffServ.

39. Что такое SLA?

40. В чем разница между классами «срочная доставка» и «гарантиро-ванная доставка»?

41. Назовите основные элементы сети MPLS

42. Определите основные особенности коммутации по меткам, ис-пользуемой в технологии MPLS.

43. Назовите основные этапы развития мобильных сетей связи.

44. Перечислите основные особенности систем UMTS.

45. Чем определяется необходимость перехода от сетей GSM к сетям UMTS?

46. Объясните, чем системы мобильной связи 4-го поколения отли-чаются о т систем 3-го поколения.

Часть 3. Конвергенция фиксированных и мобильных сетей связи 3.1. Конвергенция сетей и услугВ течение многих лет информационные и телекоммуникационные технологии развивались как две различных отрасли. Тем не менее, в по-следнее время термин «конвергенция» всѐ чаще и чаще появляется в кон-тексте эволюции в инфокоммуникациях. Движущей силой конвергенции в инфокоммуникациях является развитие новых услуг. Конвергенция моти-вируется желанием иметь однородную инфраструктуру для тех или иных услуг, даже когда эти услуги и поддерживаются различными техническими решениями. Эти решения могут быть основаны на телекоммуникационных или информационных технологиях. Важно отметить, что конвергенция раз-личных услуг может привести к увеличению возможностей одной отдель-ной услуги, что и происходит, например, в случае с мультимедийными приложениями. Несомненно, конвергенция услуг всегда будет предпола-гать определенный уровень конвергенции в технических системах, обеспе-чивающих эти услуги. Имеется ряд областей в телекоммуникациях, где конвергенция в на-стоящее время уверенно заявила о себе. Наибольшее внимание сегодня уделяется конвергенции услуг телефонии и передачи данных. Другое важ-ное направление конвергенции относится к категории, определяемой тер-мином «конвергенция фиксированных и подвижных сетей» (Fixed/Mobile Convergence, FMC). Здесь речь идет о конвергенции услуг, означающей, что абоненты могут получить услуги при любом доступе в сеть, фиксиро-ванном или мобильном. Примером усиления мощности услуг на основе конвергенции являются мультимедийные коммуникации, где в процессе сеанса связи для передачи информации могут использоваться голос, видео, графика и звук. В целом можно сказать, что процесс конвергенции опреде-ляется желанием объединить вместе все направления современных теле-коммуникаций и информационной индустрии. А. Технология VoIPТехнология передачи речевой информации по IP-сетям, называемая Voice over IP (VoIP) или IP-телефонией, существует уже более 10 лет, но только в последние годы она стала рассматриваться как альтернатива тра-диционной телефонной связи. Термин IP-телефония является общим тер-мином, определяющим набор технологий на базе протокола Интернет для обмена речевыми и факсимильными сообщениями, которые до появления IP-телефонии передавались через телефонные сети.

За последние годы объем речевого трафика увеличился незначитель-но, в то время как трафик данных растет с очень высокой скоростью. Тра-фик и масштабы применения сетей IP все последние годы постоянно растут (число пользователей, объемы трафика, применимость для большого числа приложений), а в 90-х годах прошлого века к этому росту добавилась воз-можность передачи речевого трафика через Интернет. Интерес к этой технологии на начальном этапе внедрения определял-ся более низкой стоимостью телефонных соединений (особенно, междуго-родных и международных) при использовании сети IP для передачи речи благодаря эффективному разделению сетевых ресурсов. Однако стоимость не является главным фактором для того, чтобы новую технологию полно-стью приняли как пользователи, так и поставщики услуг. Основным требо-ванием здесь является качественный уровень услуг, обеспечиваемых новой технологией, поскольку пользователи не согласятся на худшее качество пе-редачи речи по сравнению с тем, которое они привыкли получать в ТфОП. В дополнение к уменьшению стоимости телефонных услуг есть все осно-вания ожидать, что VoIP значительно ускорит продвижение на рынок но-вых мультимедийных услуг. Б. Основные функции, реализуемые в сети VoIPПеред тем как перейти к описанию архитектуры системы передачи речи через сеть IP, обсудим основные процессы, реализуемые в технологии VoIP. Очевидно, что система VoIP должна выполнять по отношению к ре-чевому сигналу те же функции, что и обычные телефонные сети. В число этих основных функций входят:

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

· в сети IP – управление обслуживанием телефонного вызова (созда-ние соединения, поддержание речевого обмена и разъединение) и транс-портировка пакетов;

· на приемной стороне – восстановление аналоговой речи из приня-тых пакетов и дискретного сигнала.

На рис. 3.1 иллюстрируется процесс обработки речевого сигнала при его прохождении через сеть IP. Здесь в виде блоков представлены перечис-ленные выше функции – кодирование, представление в форме пакетов IP, передача пакетов через сеть, разборка пакетов и восстановление аналогово-го речевого сигнала.

Дискретизация и

цифровизация

аналогового

речевого сигнала

Компрессия

цифрового сигнала

«1" и «0" в

соответствии со

стандартом ITU-T

Инкапсуляция

цифрового сигнала

в цифровые пакеты

Преобразование

пакетов в

непрерывную

цифровую

последовательность

Декомпрессия

цифрового сигнала

Преобразование

цифрового

сигнала в

аналоговый

Сеть IP

Рис. 3.1. Обработка речевого сигнала сетью IP

Теперь рассмотрим конкретные реализации системы VoIP в зависи-

мости от используемых протоколов сигнализации и управления сетью, пре-

доставляющей услуги IP-телефонии.