Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

Всетях FR при межузловом обмене информацией ошибочные кадры просто «выбрасываются», их повторная передача средствами самого протокола FR не предусмотрена. Чтобы обеспечить гарантированную и упорядоченную передачу информации, надо использовать либо протоколы более высоких уровней (например, ТСР/IP), либо «приложения» к протоколам FR (например, Q.922).

Вкаких случаях использование «чистого» FR эффективно? Если

качество каналов отвечает требованиям, предъявляемым стандартом FR (вероятность ошибки порядка 10–7), и ЛВС подключаются к сети напрямую (без дополнительной инкапсуляции (включения) трафика ЛВС в кадры Х.25 или HDLC), то выигрыш по пропускной способности очевиден.

Однако ситуация в корне меняется, если качество канала не соответствует требованиям протокола. В этом случае немало кадров будет передаваться с ошибкой. Повторная их передача будет произво-

диться от одной точки входа в сеть до другой. Ясно, что при этом информационная скорость значительно упадет и использование Х.25 может быть более эффективным.

Специфические механизмы FRAME RELAY. Управление загруз-

кой сети. Эффективность FR определяется на самом деле не только уменьшением протокольной избыточности. В протоколе реализуются специфические механизмы, управляющие загрузкой сети, которые гарантируют доведение кадров через сеть за определенное время (что позволяет, например, передавать оцифрованную голосовую информацию) и при этом дают возможность сети адаптироваться к крайне неравномерному во времени трафику. Эти механизмы отчасти заменяют процедуру управления потоком в том виде, в котором она определена в HDLC-подобных протоколах.

Регулирование загрузкой сети описывается параметрами CIR (Committed Information Rate – согласованная информационная скорость – измеряется в бит/с) и Вс (Committed burst size – согласованный импульсный объем переданной информации – измеряется в битах), назначаемыми для каждого PVC. Обычно CIR меньше, чем физическая скорость подключения пользователя к порту сети FR.

При подключении к сети пользователь обычно получает значения CIR и Вс по каждому PVC. Он может передавать информацию либо с постоянной скоростью, равной CIR, либо с большей скоростью, но только в течение ограниченного времени, значение которого определяется формулой T = Вс/CIR.

Если пользователь передает информацию в строгом соответствии с полученными величинами CIR и Вс, а сеть функционирует надежно, то за счет рационального распределения ресурсов сети передача данных с требуемым качеством гарантируется.

Если пользователь не укладывается в рамки, задаваемые значениями CIR и Вс, то все «избыточные» кадры передаются сетью с установленным битом DE (Discard Eligible), т.е. признаком разрешения сброса.

Сброс кадров происходит в том случае, когда в сети возникает перегрузка. Насколько опасна передача «избыточных» кадров, зависит от организации служб конкретной сети.

Правильно используя механизм управления загрузкой сети, можно оптимальным образом сочетать в одном физическом канале типы трафика, имеющие различные вероятностно-временные характеристики.

Управление потоком. Frame Relay не предусматривает механизма управления потоком информации в том виде, в котором он реализован в HDLC. Кадры управления потоком в HDLC «разрешают» или «запрещают» передающей стороне дальнейшую передачу.

Вместо этого в кадре FR используются биты FECN (Forward Explicit Congestion Bit – бит явной сигнализации переполнения, направляе-

мый вперед – получателю) и BECN (Backward Explicit Congestion Bit –

бит явной сигнализации переполнения, направляемый назад – источнику). FECN информирует принимающую сторону о перегрузке в сети. На основании анализа частоты поступления FECN-битов приемник дает указание устройству передачи снизить интенсивность передачи. BECN посылается на передающую сторону и является рекомендацией немедленно снизить темп передачи.

Многопротокольная коммутация по меткам (MPLS). MPLS (Multiprotocol Label Switching) на сегодня представляет собой по мнению проф. Б.С.Гольдштейна «синтез всего самого лучшего из технологий уровня 2 (АТМ, Frame Relay, Ethernet) и маршрутизации уровня 3 пакетных сетей». MPLS разрабатывался и позиционировался как способ построения высокоскоростных IP-магистралей. Следует, однако, заметить, что область применения MPLS не ограничивается протоколом IP, а распространяется на трафик любого маршрутизируемого сетевого протокола.

В технологии MPLS отказались от анализа громоздких таблиц маршрутизации, который выполнялся в процессе передачи пакетов по IP-сетям. Эта процедура была перенесена в домен MPLS. Внутри домена MPLS информация, относящаяся к сетевому уровню модели OSI, не анализируется. Маршрутизаторы домена, коммутирующие по меткам (Label Switching router, LSR), обрабатывают только данные, содержащиеся в метке. Метка состоит из 32 бит, 20 из которых определяют выбор маршрута. Сама метка добавляется перед входом в домен MPLS во входном граничном маршрутизаторе, на выходе из домена MPLS метка убирается.

Идея коммутации по меткам нашла свое продолжение в сетях, использующих оптические технологии передачи и коммутации. В технологии обобщенной многопротокольной коммутации по меткам (GMPLS) поддерживаются разные типы коммутации (ТДМ, λ-коммута- ция, пакетная, волоконная).

Архитектура MPLS обеспечивает построение магистральных сетей, имеющих практически неограниченные возможности масштабирования, повышенную скорость обработки трафика и гибкость с точки зрения организации дополнительных услуг.

Подробное описание технологий MPLS и GMPLS можно найти в 3 томе пособия «Телекоммуникационные системы и сети».

Рассмотренные в главе технологии постоянно развиваются. Кажущиеся сегодня перспективными технологии завтра таковыми не будут. Таким образом, только постоянный анализ развития сетевых технологий позволит правильно выбрать наиболее удачную, отвечающую конкретным требованиям пользователя.

13.7. Телефонная связь по компьютерным сетям

Телефонная связь предназначена для передачи человеческой речи. Для этого речь, генерирующая звуки или колебания воздуха, предварительно преобразуется в непрерывные электрические сигналы, называемые аналоговыми. Эти сигналы могут передавать непрерывно по линии связи (аналоговая коммутация) или предварительно аналоговый речевой сигнал преобразуется в цифровой битовый поток, и уже он передается по линии связи (цифровая коммутация). В компьютерных сетях передача цифровой информации осуществляется отдельными блоками данных или пакетами. Поэтому для передачи по компьютерной сети необходимо привести ее к виду, удобному для такой передачи. Сначала выполняется преобразование звуковых колебаний в электрические импульсы, а затем – в цифровую форму при помощи аналого-цифрового преобразователя. К цифровому сигналу можно применить различные виды компрессии, и после этого выполнить разбиение этой информации на пакеты с целью их дальнейшей передачи по сети. Разбиение на пакеты и передача осуществляется при помощи специальных протоколов. Наиболее широко применяемым является набор протоколов, состоящий из протокола управления передачей и межсетевого протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Протокол IP обеспечивает доставку данных в виде пакетов, снабженных IP-адресом. Он разбивает информацию на пакеты одинакового объема, управлять которыми намного легче. Протокол TCP обеспечивает доставку пакетов по назначению и прием их в том порядке, в котором происходила отправка.

Восприятие речи человеком очень чувствительно к задержкам, причем как к ее величине, так и колебаниям. Для телефонной связи задержка не должна превышать 150 мс при работе по наземным линиям связи и 250 мс при использовании спутниковых каналов. В телефонной сети, где используются физические соединения, это требование обеспечивается относительно легко за счет систем передачи. В компьютерных сетях выполнить эти требования сложнее, поскольку параметры задержки зависят от быстродействия, загруженности сети и от скорости обработки пакетов. Передача информации осуществляется не в реальном масштабе времени, т.е. возможны значительные задержки доставки информации и эти задержки не постоянны. Поэтому до недавнего времени пакетный режим переноса был неприемлем для телефонной связи и обмена речевой информацией. Однако новые технологии передачи информации пакетами обеспечивают достаточно большие скорости передачи и, следовательно, малую задержку информации. Существующее сегодня оборудование для сетей АТМ обеспечивает обмен данными со скоростью до 622 Мбит/с по волоконно-оптическому кабелю. Поэтому становится возможным при-

менение пакетной коммутации для телефонной связи или передачи в реальном масштабе времени.

Телефонная связь в локальной сети. Телефонную связь,

реализованную на базе протокола TCP/IP, называют IP-теле- фонией, реализацию IP-телефонии в локальной компьютерной сети – LAN-телефонией. Цель LAN-телефонии заключается в организации телефонной связи внутри предприятия, оснащенного такой сетью. Эта технология позволяет осуществлять передачу речи с помощью IP-протокола, не нуждаясь в традиционной телефонной инфраструктуре. Благодаря этому корпоративная сеть, которая ранее строилась на базе ведомственных АТС, может передать свои функции локальной компьютерной сети предприятия.

В качестве терминального оборудования LAN-телефонии могут использоваться Ethernet-телефоны, телефонные шлюзы и обычные ПК с подключенными звуковой картой, наушниками и микрофоном. Все терминальные устройства могут участвовать в сеансе связи одновременно при условии соблюдения для них стандарта H.323, регламентирующего совместимость устройств LAN-телефонии. Ethernetтелефон по внешнему виду напоминает обычный телефонный аппарат, у которого вместо разъема RJ11, предназначенного для подключения стандартного телефонного кабеля, имеется разъем BNC для подключения к LAN на базе коаксиального кабеля при разъеме RJ45 для подключения к сети на базе витой пары. В Ethernet-телефоне, как и в обычном телефонном аппарате, выполняется преобразование звукового колебания в электрические сигналы, а затем АЦП, разбитием оцифрованной речевой информации на пакеты и их передача. Если ПК выступает в роли абонентского терминала, он должен иметь соответствующее аппаратное и программное обеспечение. Аппаратная часть – это сетевая и звуковая платы, наушники и микрофон. Программная часть – программа, поддерживающая телефонную связь посредством IP-сети и протокол H.323.

Телефонный шлюз – это устройство, осуществляющее обмен речевыми сообщениями между LAN и стандартной телефонной сетью PSTN. В шлюзе речевая информация, передающаяся по LAN, извлекается из пакетов, декодируется и приводится к виду, используемого в телефонной сети. Подключаемое к шлюзу оборудование может быть аналоговым или цифровым. При подключении к шлюзу стандартных аналоговых телефонных аппаратов (шлюз с портом FXS) шлюз эмулирует для этих аппаратов стандартные сигналы АТС. При подключении аналоговой телефонной станции (шлюз с порта FXO) шлюз эмулирует работу обычного абонентского терминала. К шлюзу может быть подключена АТС через цифровую линию связи, поддерживающую до 30 телефонных соединений одновременно.

Рис. 13.19. Структурная схема LAN-телефонии

Главным управляющим устройством LAN-телефонии (рис. 13.19) является компьютер с серверной программой, называемой гейткипером или администратором вызовов. В задачи такой системы входит сопоставление телефонного номера абонента с текущим IP-адресом его терминала, а также предоставлении возможных услуг – переадресации, определение номера вызывающего абонента, удержание соединения и т.д. Важной компонентой сети LAN-телефонии является DHCP-сервер. В его функции входит автоматическая конфигурация протокола TCP/IP для новых устройств, подключенных к локальной сети, т.е. присвоение им IP-адресов, адреса шлюза и остальных параметров, необходимых для функционирования сети. Это позволяет подключить Ethernet-телефон в любое свободное гнездо в произвольном месте локальной сети и тут же вызывать с него или принимать вызовы. Для каждого телефона существует идентификатор, по которому «гейткипер» находит его в сети, несмотря на возможные изменения IP-адреса. Это удобно для служащих, меняющих свое рабочее место в течение рабочего дня.

Процесс установления соединения происходит следующим образом. Когда на терминале (телефоне или компьютере) набирается номер вызываемого абонента, терминал обращается по сети к гейткиперу. Тот в свою очередь идентифицирует вызывающего абонента по его IP-адресу и паролю в своей базе данных. Если доступ к требуемому номеру разрешен с этого терминала, то гейткипер определяет

IP-адрес вызываемого абонента и направляет ему вызов. Если же вызов адресован абоненту стандартной телефонной сети, то он направляется на соответствующий телефонный шлюз. После установления связи с терминалом или шлюзом, гейткипер не участвует в обмене речевой информацией между терминалами, но в это время он ведет журнал учета вызовов и прочих событий. При разрыве соединения фиксируется длительность разговора.

Пропускная способность LAN с точки зрения телефонной нагрузки (число одновременных разговоров) определяется шириной передаваемого спектра одного голосового соединения и скоростью передачи данных в сети. Преобразование речи методом ИКМ требует скорости передачи 64 Кбит/с. Однако применение компрессии стандарта G.723.1 ACELP снижает это требование до значения 5,3 Кбит/с. Тогда, например, в 10-мегобитной сети Ethernet, даже с учетом того, что фактическая скорость передачи данных не более 5 Мбит/с (из-за коллизий), можно поддержать до 65 или 400 телефонных разговоров одновременно, 65 – при использовании кодека ИКМ стандарта G.711, а 400 при использовании кодека и компрессии стандарта G.723.1 ACELP. На LAN со скоростью 100 Мбит/с реально установление соответственно 650 и 4000 одновременных разговоров.

Если сеть предприятия подключена к Интернету, то появляется возможность использовать ее для соединений на дальнее расстояние через глобальную IP-сеть. Для этого собеседник должен быть подключен к IP-телефонии. Он может быть и с обычным телефоном, если поблизости от него функционирует шлюз, совместимость со стандартом H.323, который имеет выход на городскую телефонную сеть.

Телефонная связь в глобальной сети Интернет. Региональные

иглобальные компьютерные сети, предназначенные в основном для передачи данных, уже начинают использоваться для передачи речи. Наиболее привлекательна с этой точки зрения глобальная компьютерная сеть Интернет, представляющая собой совокупность локальных сетей и хост-компьютеров, связанных между собой спутниковыми

ирадиоканалами, обычными телефонными сетями и ISDN. Их объединяет то, что все они используют стандартный комплекс протоколов Интернет TCP/IP.

Вначале телефонные компании и производители телекоммуникационного оборудования скептически относились к инициативе передачи речи по Интернету. Но согласно прогнозам некоторых исследовательских фирм в ближайшее время на Интернет-телефонию будет приходиться до 40 % рынка международных телефонных переговоров. Интернет-телефонию называют IP-телефонией по названию протокола, используемого в Интернету.

Вкомпьютерной сети Интернет, для того чтобы осуществить связь (рис. 13.20), пользователи двух компьютеров должны соединиться со

Рис. 13.20. Связь двух компьютеров сети

своим провайдером, запустить программное обеспечение, например Internet Phone (Интернет-Телефон), и найти необходимого абонента в списке активных пользователей, также использующих эту программу. Оба компьютера должны быть включены и на них загружено одинаковое ПО. Конечно, такую передачу речи нельзя назвать в полной мере телефонной связью. Это связь между абонентами Интернета, обладающими компьютерами. Распространению технологии телефонной связи по компьютерным сетям может способствовать возможность разговаривать пользователям, имеющим в своем распоряжении не только компьютеры, но и обычные телефоны. Для этого принимаются специальные шлюзы, реализующие связь Интернета и телефонных сетей (рис. 13.21).

Функция шлюза – это компрессия, аналого-цифровое преобразование сигнала и разбиение его на IP-пакеты, а также выполнение обратного процесса. Шлюзы подключаются с одной стороны к телефонной сети, а с другой – к Интернету. При вызове с телефона на компьютер вызов передается через телефонную сеть на шлюз. Затем шлюз посылает вызов компьютеру, сжимая и упаковывая телефонный сигнал в пакеты для передачи по IP-сети. Если на обоих концах линии установлены телефоны, то речевой сигнал первого абонента посылается по телефонной сети на ближайший шлюз, где разбивается на IPпакеты, а затем передается по Интернету на второй шлюз, ближайший ко второму абоненту. Этот шлюз принимает пакеты, восстанавливает из них исходный сигнал и посылает его по телефонной сети вызываемому абоненту.

В основном компьютерная телефония в Интернете не сильно отличается от телефонии и локальной сети. Но есть и особенности. Одной из основных задач при управлении потоком речевой информации по Интернету становится обеспечение небольшой, и глав-

Рис. 13.21. Связь абонентов телефонной сети через Интернет

ное, постоянной задержки. В сетях ПД постоянную и предсказуемую задержку информации должны обеспечивать коммутаторы или маршрутизаторы. Для этого при обработке очередей пакетов каждый коммутатор или маршрутизатор для каждого пакета должен знать приоритет и допустимое время нахождения в очереди. В сетях с коммутацией пакетов, где используется виртуальное соединение, известны параметры соединения, включая сведения о маршруте и числе транзитных узлов, и поэтому каждый узел имеет возможность определить динамический приоритет пакета и допустимое время на его обработку.

В сетях с маршрутизацией, к числу которых принадлежит Интернет, транзитный узел (маршрутизатор), как правило, не знает, через какое количество транзитных узлов предстоит пройти пакету, пока он не достигнет адресата. Поэтому у транзитного узла отсутствуют данные, необходимые для определения допустимого времени обработки пакета. Кроме того, маршрутизация пакетов требует более продолжительного времени обработки пакета на узле. Это время не является постоянным и носит случайный характер. Также имеет значение и динамический режим, применяемый в Интернете, когда маршрут передачи последующего пакета может отличаться от маршрута, по которому был передан предыдущий. Это может привести к нарушению порядка следования пакетов и необходимости их сортировки на приемной стороне, что также оказывает влияние на увеличение задержки. Если добавить общую проблему перегруженности транспортных узлов Интернета, то обеспечение небольшой и постоянной задержки еще более затруднено.

Существует два способа решения этой проблемы:

−резервирование части пропускной способности сети для передачи пакетов с речевой информацией;