6 Конвергенция

В течение многих лет информационные и телекоммуникационные технологии развивались как два различных мира. Тем не менее, в последнее время термин «конвергенция» все чаще и чаще появляется в контексте эволюции в информатике и телекоммуникациях.

В общем, движущей силой конвергенции в электросвязи является развитие новых услуг. Конвергенция мотивируется желанием иметь однородную инфраструктуру для тех или иных услуг, даже когда эти услуги и решения могут быть основаны на телекоммуникационных или на компьютерных технологиях. Важно отметить, что конвергенция различных услуг может привести к увеличению возможностей одной отдельной услуги, что и происходит с мультимедийными приложениями. Конвергенция услуг всешда будет предлагать определенный уровень конвергенции в технических системах, обеспечивающих эти услуги.

Имеется ряд областей в телекоммуникациях, где конвергенция в настоящее время достаточно заметна. Наибольшее внимание сегодня уделяется конвергенции услуг телефонии и передачи данных, где традиционная телефонная сеть представляет собой одного участника процесса конвергенции, а сети передачи данных – другого.

Важное направление конвергенции относится к категории, определенной термином конвергенция фиксированных и подвижных сетей (Fixed/Mobile Convergence, FMC). Здесь речь идет не столько об интеграции коммутаторов для проводных и мобильных радиосетей, хотя такая интеграция также может иметь место. По-настоящему важным результатом является конвергенция услуг, означающая, что абоненты могут получить услуги при любом доступе в сеть.

Другим примером усиления мощности услуг на основе конвергенции являются мультимедийные коммуникации, где в процессе сеанса связи, для передачи информации могут использовать голос, видео, графика и звук. Результаты конвергенции в области технических устройств лучше всего видны на примере новых терминальных устройств – ПК и ТВ приемников, где должны быть обеспечены технические средства для различных режимов связи.

В целом можно сказать, что процесс конвергенции определяется желанием объединить вместе все направления современных телекоммуникаций и информационной индустрии.

6.1 Сети конвергенции на основе atm или mpls

Сравним эти технологии по основным критериям. Одно из главных преимуществ IP/MPLS перед ATM в долгосрочной перспективе — более высокая степень масштабируемости. Следовательно, областью сетей передачи данных, в которой это преимущество играет решающую роль, является магистраль. Если сама магистраль достаточно крупная и имеет иерархическое построение, то предпочтительная область применения MPLS — ядро магистрали.

Технологии ATM и MPLS достаточно просто сравнивать, потому что они выполняют в современных сетях передачи данных одни и те же функции: создание слоя второго уровня с установлением виртуальных соединений для обеспечения, во-первых, дифференцированного обслуживания различных типов пользовательского трафика (поддержка SLA), а во-вторых, сбалансированности загрузки ресурсов на основе рационального выбора маршрутов следования трафика через сеть (методы инжиниринга трафика, TE). Операторы вынуждены вводить такой промежуточный слой, так как протокол IP, хотя он и отлично справляется с функциями объединения сетей различных технологий, не предусматривает установление соединений и поэтому принципиально не может решать задачи предоставления гарантированного уровня QoS и инжиниринга трафика — из-за размытости путей следования трафика через сеть и невозможности влияния на эти пути, выбор которых осуществляется протоколами маршрутизации в соответствии с наименьшей метрикой. Технологии виртуальных соединений «исправляют» такую специфику IP, направляя трафик по рациональным маршрутам и создавая основу для резервирования пропускной способности для пользовательских потоков данных.

Однако, несмотря на общие функции, из-за различной масштабируемости технологий в большинстве прогнозов специалисты отводят место MPLS в ядре сети, а АТМ и FR — в сети доступа (см. Рисунок 6.1). Таким образом, в перспективном варианте построения сети передачи данных MPLS по отношению к ATM занимает то же место, что и ATM к frame relay в существующих сетях.

Рисунок 6.1 - Протоколы сети доступа и магистрали

Теперь остановимся на причинах такого позиционирования. Масштабируемость для сетевой технологии — это способность экономически эффективно работать в очень крупных сетях на сверхвысоких скоростях. В технологии АТМ имеется несколько ограничителей, из-за которых ее масштабируемость не может выходить за определенные рамки. Если в начале 90-х гг. возможности базовых механизмов АТМ казались «бесконечными», то сегодня, спустя 10 лет, они уже вполне ощутимо сдерживают рост сетей.

Самым принципиальным ограничителем является фиксированный и очень небольшой размер ячейки — 53 байт, 48 из которых переносят пользовательские данные. Этот размер был выбран для создания благоприятных и предсказуемых условий переноса чувствительного к задержкам голосового трафика через магистрали со скоростью 155 Мбит/с — наиболее распространенной в сетях ATM в начале 90-х. Действительно, задержка пакетизации голоса (время между помещением в данную ячейку первого и последнего замеров оцифрованного частотой 8 кГц голоса) для ячеек такого размера составляет меньше 6 мс, а задержка приоритетной ячейки из-за передачи неприоритетной или служебной ячейки вообще почти незаметна — всего около 3 мкс.

Однако за прошедшие 10 лет масштабы скоростей изменились, и в настоящее время такие технологии, как Packet over SDH/SONET или 10 GE, работают уже на скорости 10 Гбит/с, т. е. в 64 раза быстрее, чем 155 Мбит/c. Это значит, что те же максимальные задержки в 3 мкс из-за вставки неприоритетных данных между приоритетными, которые раньше достигались за счет сокращения ячейки до 53 байт, сегодня можно соблюсти и при использовании кадров с полем данных в 64 раза больше. Это подтверждается практикой работы высокоскоростных каналов STM-16/OC-48 и STM-64/OC-192 в Internet, где используются кадры с максимальным полем данных в 4500 байт (для поддержки такого поля многие высокоскоростные продукты Ethernet поддерживают так называемые гигантские кадры, хотя они пока не стандартизованы).

Затраты вычислительной мощности любого пакетного коммуникационного устройства, независимо от поддерживаемой им технологии, пропорциональны количеству обрабатываемых пакетов (кадров, ячеек), а не их размеру, поэтому коммутатору ATM приходится выполнять примерно в 100 раз большую работу, чем маршрутизатору IP, работающему с кадром размером в 4500—5500 байт. При этом разница в быстроте продвижения вследствие различий в размере ячеек и кадров не превышает наносекундных величин и не ощущается пользователями сети.

Одним из достоинств технологии MPLS по сравнению с ATM является ее способность использовать практически любой формат кадров существующих технологий второго уровня — ATM, frame relay, PPP, Ethernet или любой иной, которая может появиться завтра. Поэтому она имеет несколько разновидностей: A-MPLS, F-MPLS, P-MPLS и E-MPLS; они, соответственно, используют ячейки ATM, frame relay, PPP или Ethernet. Если завтра какая-нибудь новая технология канального уровня, скажем X, будет способна работать на новых скоростях терабитного диапазона, то MPLS останется той же технологией с теми же функциональными возможностями, но только будет иметь новый формат кадра X и поддержку нового уровня скоростей. Такая протокольная независимость пары IP/MPLS обеспечивает ей высокую степень гибкости и масштабируемости, так необходимую при работе на магистрали.

Таким образом, стоимость продвижения одного и того же объема данных с равной скоростью по магистрали MPLS и магистрали ATM всегда различна. Относительно меньшие затраты вычислительной мощности приводят к тому, что магистраль MPLS оказывается экономичней. Правда, в сегодняшней схеме применения MPLS пока не решена проблема конкатенации маленьких пользовательских голосовых пакетов в большие кадры магистрали — ведь задержки пакетизации как фактор все равно остаются; они зависят не от скорости передачи данных, а от частоты оцифровки голоса, так что исходный кадр или ячейку с голосовыми замерами все равно нельзя делать большими. Единственный выход — собирать их на входе в магистраль в большие кадры и разбирать на выходе. Многоуровневое вложение меток в MPLS позволяет это сделать, однако соответствующие стандарты пока не разработаны.

Масштабируемость означает также экономичную поддержку большого количества пользовательских потоков. Экономичность подразумевает возможность передачи через магистраль многочисленных потоков без необходимости слежения за каждым из них, т. е. агрегированно. Как ATM, так и MPLS обладают такими функциями: в АТМ — это агрегирование отдельных виртуальных соединений VCC в общий путь VPC, а в MPLS — агрегирование разных пользовательских потоков в общий класс продвижения (Forwarding Equivalence Class, FEC) и передача их по общему пути LSP. При этом механизмы агрегирования MPLS более гибки и поддаются автоматизации. Если коммутатор ATM не «видит» ничего, кроме информации своего второго уровня, т. е. номера виртуального соединения/пути (VCI/VPI), то коммутирующий маршрутизатор MPLS (Label Switch Router, LSR) имеет доступ к информации того же второго уровня, а, кроме того, и третьего (IP-адреса), четвертого (порты TCP/UDP), а часто — и прикладного. Поэтому администратор может написать несколько правил агрегирования с учетом разных признаков трафика, в том числе и высокоуровневыми, и предоставить дальнейшую работу LSR, а не конфигурировать отображение VCC на VPC вручную.

Еще одним хорошим «масштабируемым» свойством MPLS является неограниченное число уровней иерархии меток и, соответственно, агрегирования путей — вместо двух уровней ATM. Пока нет сервисов, где использовалось бы больше двух уровней иерархии меток MPLS, но и самой технологии не так уж много лет — все еще впереди.