2.4 Уровни коммутации

Развитие сетей шло по нескольким путям:

• увеличение скорости,

• внедрение сегментирования на основе коммутации,

• объединение сетей при помощи маршрутизации.

Большую эффективность в работе сети принесло сегментирование сетей с использованием технология коммутации пакетов. Коммутация наиболее действенна в следующих вариантах:

Коммутация первого уровня

Термин "коммутация первого уровня" в современной технической литературе практически не описывается. Для начала дадим определение, с какими характеристиками имеет дело физический или первый уровень модели OSI:

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

Смысл коммутации на первом уровне модели OSI означает физическое (по названию уровня) соединение. Из примеров коммутации первого уровня можно привести релейные коммутаторы некоторых старых телефонных и селекторных систем. В более новых телефонных системах коммутация первого уровня применяется совместно с различными способами сигнализации вызовов и усиления сигналов. В сетях передачи данных данная технология применяется в полностью оптических коммутаторах.

Коммутация второго уровня

Рассматривая свойства второго уровня модели OSI и его классическое определение, увидим, что данному уровню принадлежит основная доля коммутирующих свойств.

Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

На самом деле, определяемая канальным уровнем модели OSI функциональность служит платформой для некоторых из сегодняшних наиболее эффективных технологий. Большое значение функциональности второго уровня подчеркивает тот факт, что производители оборудования продолжают вкладывать значительные средства в разработку устройств с такими функциями.

Коммутатор позволяет передавать параллельно несколько потоков данных c максимально возможной для каждого потока скоростью. Эта скорость ограничена физической спецификацией протокола, которую также часто называют "скоростью провода". Это возможно благодаря наличию в коммутаторе большого числа центров обработки и продвижения кадров и шин передачи данных.

Коммутаторы локальных сетей в своем основном варианте, ставшем классическим уже с начала 90-х годов, работают на втором уровне модели OSI, применяя свою высокопроизводительную параллельную архитектуру для продвижения кадров канальных протоколов.

Коммутация третьего уровня

Применение аналогичной параллельной архитектуры для продвижения пакетов сетевых протоколов привело к появлению коммутаторов третьего уровня модели OSI. Это позволило существенно, в 10-100 раз повысить скорость маршрутизации по сравнению с традиционными маршрутизаторами, в которых один центральный универсальный процессор выполняет программное обеспечение маршрутизации.

По определению сетевой уровень (третий) - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" это, по сути, независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).

Коммутация на третьем уровне - это аппаратная маршрутизация. Традиционные маршрутизаторы реализуют свои функции с помощью программно-управляемых процессоров, что будем называть программной маршрутизацией. Традиционные маршрутизаторы обычно продвигают пакеты со скоростью около 500000 пакетов в секунду. Коммутаторы третьего уровня сегодня работают со скоростью до 50 миллионов пакетов в секунду. Возможно и дальнейшее ее повышение, так как каждый интерфейсный модуль, как и в коммутаторе второго уровня, оснащен собственным процессором продвижения пакетов. Так что наращивание количества модулей ведет к наращиванию производительности маршрутизации. Использование высокоскоростной технологии больших заказных интегральных схем является главной характеристикой, отличающей коммутаторы третьего уровня от традиционных маршрутизаторов. Коммутаторы 3-го уровня делятся на две категории: пакетные (Packet-by-Packet Layer 3 Switches, PPL3) и сквозные (Cut-Through Layer 3 Switches, CTL3). PPL3 - означает просто быструю маршрутизацию, CTL3 – маршрутизацию первого пакета и коммутацию всех остальных.

Коммутация четвертого уровня

Свойства четвертого или транспортного уровня модели OSI следующие: транспортный уровень обеспечивает услуги по транспортировке данных. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения данными из другой системы).

Некоторые производители заявляют, что их системы могут работать на втором, третьем и даже четвертом уровнях. Однако коммутация четвертого уровня является фикцией, так как все относящиеся к коммутации функции осуществляются на уровне не выше третьего. А именно, термин коммутация четвертого уровня с точки зрения описания стека TCP/IP противоречий не имеет, за исключением того, что при коммутации должны указываться адреса компьютера (маршрутизатора) источника и компьютера (маршрутизатора) получателя.

IP-TV – часть программы развития в Республике Беларусь системы цифрового телевизионного вещания

В постановлении совета министров Республики Беларусь о концепции программы развития в Республике Беларусь системы цифрового телевизионного вещания стандарта DVB до 2015 года рассматриваются основополагающие вопросы создания цифровых сетей телевизионного вещания в Республике Беларусь, которые в перспективе должны заменить существующие аналоговые сети телевизионного вещания [1].

Необходимость такой замены диктуется как прогрессом в области цифровых технологий, обеспечивающих слияние средств вещания, связи, информационных служб и компьютерных систем, так и потребностью в повышении эффективности использования радиочастотного ресурса.

Внедрение цифрового телевизионного вещания в Республике Беларусь обуславливается дефицитом радиочастотных каналов для телевизионного и звукового вещания, социальными запросами общества, нуждающегося в качественно новой инфраструктуре вещания и телекоммуникаций, а также сложившейся в развитых странах мира ситуацией в области телевизионного вещания, которая характеризуется, во-первых, началом этапа замены аналоговых методов передачи на цифровые, и, во-вторых, тенденцией к внедрению единых общеевропейских и мировых стандартов.

В результате внедрения цифрового телевизионного вещания население получит высококачественное многопрограммное телевидение с улучшенным качеством изображения и стереозвуком. Ввод в действие одного цифрового телепередатчика позволит высвободить полосы радиочастот сразу нескольких телевизионных каналов. Поэтому переход на цифровое вещание позволяет развернуть многопрограммное телевизионное вещание без усложнения электромагнитной обстановки. В одном радиочастотном канале цифрового телевизионного вещания можно передать одну или более программ телевизионного вещания, информационные сообщения, данные по запросу пользователя. Уровень заполнения канала данными зависит от реализуемой скорости передачи.

Кроме цифровых телевизионных программ, в канале можно передавать дополнительную цифровую информацию (например, программы цифрового радиовещания, передачу данных и другое).

Мощность цифрового передатчика в пересчете на одну телепрограмму получается в несколько раз меньше, чем при передаче аналогового телевидения. Это позволяет снизить общие затраты электроэнергии. Европейская система наземного цифрового телевидения позволяет осуществлять прием программ на мобильные терминалы, в том числе и в автомобиле, что открывает возможности построения высокоскоростных сетей передачи данных с подвижными объектами.

При организации цифрового телевизионного вещания может быть использована инфраструктура существующей аналоговой сети телевизионного вещания. Причем, поскольку передача цифровых программ может осуществляться в тех же полосах частот, в которых осуществляется передача существующих аналоговых каналов, то значительная часть зрителей сможет принимать новые программы без модификации своих антенных систем.

Внедрение наземного цифрового телевизионного вещания предполагает замену существующего парка передающих и приемных средств, хотя существуют и варианты использования имеющегося аналогового оборудования. Аналоговый передатчик может быть модифицирован и использован для передач наземного цифрового телевизионного вещания. Использование существующих передающих станций и тех же полос частот, в которых сейчас работают аналоговые передающие станции, снижает затраты зрителей и вещательных организаций при вводе цифрового телевизионного вещания.

Однако по данным социологических исследований современному человеку мало традиционного потребления телевизионных услуг. Такому пользователю интересны интерактивные услуги, возможность управлять трансляцией, что успешно предлагает технология IP-TV.

В рамках выполнения государственной программы об оцифровывании телевизионного вещания стандарт DVB и технология IP-TV выполняют одну и ту же роль, но между собой эти две технологии конкурируют.

IP-TV: абонентская сторона

Для пользования услугами IP-TV абоненту необходимо подключить приставку к телевизору.

Абонентские устройства (STB, Set Top Box) – это портативный компьютер, в который встроен специфический браузер и набор программ для приема и декодирования видео потока. Управление видео потоком происходит с помощью вызова команд из JavaScript. У устройства есть 2 основных разъема: для подключения к локальной сети (к модему) и выход на телевизор. Управление интерфейсом происходит с помощью пульта дистанционного управления.

Внешний вид абонентского оборудования представлен на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 - Внешний вид абонентской приставки

Проводной способ подключения приставки представлен на рисунке 2.3. В данной схеме ADSL модем, телефонный аппарат и сплиттер связаны между собой телефонным кабелем типа ТС4-26Т-G; ADSL модем, компьютер и STB – кабелем типа RJ-45; телевизор подключается к приставке через кабель типа SCART-3RCA.

Также возможно беспроводное подключение (рисунок 2.4): обмен данными между ADSL модемом и абонентской приставкой осуществляется по технологии WiFi , что несомненно удобно для абонента.

Рисунок 2.3 – Проводная схема подключения абонентской приставки

Рисунок 2.4 – Беспроводная схема подключения абонентской приставки

Такие варианты возможны, если приставка поддерживает подключение двух телевизоров. На данный момент абонентам при подключении услуг IP-TV в РУП «Белтелеком» в пользование выдаются приставки, поддерживающие подключение одного телевизора.

При желании абонента подключить несколько телевизоров, организуются следующие варианты включения (рисунок 2.5, 2.6).

Рисунок 2.5 - Схема подключения нескольких телевизоров через один модем

В данном случае используются две абонентские приставки и один ADSL- модем.

Минусами такого подключения являются:

• большая стоимость, так как абонентская плата увеличивается вдвое;

• увеличение помех, если одновременно смотреть телевизоры и пользоваться широкополосным Интернетом;

• увеличение кабелей проводки телефонной распределительной сети внутри помещений дома абонента.

Рисунок 2.6 - Схема подключения нескольких телевизоров при подключении через прямую связь

При таком способе подключения используются два ADSL-модема и две приставки. Такой вариант включения решает проблемы ограничения скорости ADSL- модемов, но такой способ является более затратным, так как абоненту придется платить за организацию прямой связи помимо двойной абонентской платы.

При опытной эксплуатации установлено, что услуга предоставляется некачественно (пропадает сигнал, замирает картинка и прочее) в случае использования некоторых марок ADSL модемов, таких как ZTE, Dlink. Наилучшими характеристиками при эксплуатации для предоставления услуг IP-TV обладают модемы фирмы ZyXEL.

На примере модема ZyXEL P-660HT2EE на рисунке 2.7 показано подключение телевизора и прочих устройств.

Рисунок 2.7 - Схема подключения оборудования для доступа к услугам Internet и IP-TV

При правильном подключении всех составляющих приставка автоматически получает сетевой адрес от DHCP сервера. Абоненту остаётся только ввести номер договора и пароль (рисунок 2.8)

Рисунок 2.8 - Окно ввода данных абонента

Интерфейс понятный и простой в эксплуатации, сервис управляется пультом дистанционного управления (рисунки 2.9, 2.10)

Рисунок 2.9 - Интерфейс меню услуги IP-TV от РУП «Белтелеком»

Рисунок 2.10 – Интерфейс программы телепередач

Начальный экран входа в систему, выдаваемый пользователю, представляет собой экран портала, иллюстрирующий доступные услуги, который динамически обновляется по мере добавления новых приложений и функций.