Глава 4 построение мультисервисных сетей с коммутацией пакетов

4.1. Основные понятия ip-телефонии и технологии пакетной коммутации

Системы с коммутацией каналов долгое время удовлетворявшие пользователей в услугах связи в последние годы вытесняются систе­мами с коммутацией пакетов. Такой процесс продолжится и в даль­нейшем. Чем это вызвано?

Одна из главных причин состоит в том, что в сетях с пакетной коммутацией ресурсы сети используются значительно лучше, что объясняется применением статистического мультиплексирования. Последнее означает, что по одному и тому же каналу сети передают­ся пакеты множества пользователей, участвующих в разных соеди­нениях. В этом случае говорят о системе с распределенными между пользователями ресурсами сети. На рис. 4.1 показан пример переда­чи речевых пакетов между двумя узлами коммутации от абонентов А1, А2 и A3 к абонентам А4, А5 и А6 (установлены три соединения).

Узел 1 формирует речевые пакеты, когда говорят абоненты Al, А2 и A3, и передает их в канал в порядке их появления. В узле 2 пакеты принимаются и распределяются между абонентами А4, А5 и А6. Если такую схему переложить на систему с коммутацией каналов, то за каждым соединением придется закрепить один канал (например, канал 64 кбит/с). Причем каждый канал будет использоваться толь­ко, когда абонент говорит, что происходит в среднем менее 50 % вре­мени (один абонент говорит, другой слушает; паузы между словами).

В результате статистического мультиплексирования в сети с пакет­ной коммутацией появляются задержки¹ в получении переданной информации. Действительно, если вернуться к узлу 1 (см. рис. 4.1), то весьма вероятно, что во время передачи в канал одного пакета, появится еще один или два пакета от других абонентов. В этом слу­чае один или два пакета будут переданы с задержкой. Нетрудно за­метить, что задержка является переменной величиной. В сетях с ком­мутацией пакетов задержки речи могут достигать нескольких сот миллисекунд. В системах с коммутацией каналов задержки возни­кают в коммутационных полях и в линейных интерфейсах цифро­вых АТС, однако эти задержки очень малы (обычно до нескольких миллисекунд) и всегда фиксированы.

Другой причиной перехода на коммутацию пакетов стала возмож­ность передавать по сети разнородный трафик: речь, видео и данные едиными средствами и по единой технологии. Такая сеть, предо­ставляющая пользователям неограниченный набор услуг, получила название мулътисервисная. В сети ISDN, как известно, также можно передавать речь, видео и данные, но при этом средства передачи не будут едиными. Для предоставления каждой из услуг необходимо иметь отдельные каналы связи, а также использовать разные техно­логии: на каналах В — коммутацию каналов, а на каналах D — ком­мутацию пакетов. Применение в сети коммутации пакетов единых средств и единой технологии позволяет пропускать разнородный тра­фик через одни и те же узлы коммутации и по одним и тем же кана­лам связи. Следовательно, использование ресурсов сети с пакетной коммутацией становится еще выше. Мулътисервисная сеть с пакет­ной коммутацией должна быть многопротокольной. Это означает, что при переносе через сеть разных видов информации в узлах сети дол­жна обеспечиваться обработка различных протоколов передачи и сигнализации.

Основными элементами сети коммутации пакетов являются узлы коммутации и терминальное (оконечное) оборудование. Узлы ком­мутации распределяют информацию на сети. Здесь на основе адрес­ной информации выбираются маршруты передачи пакетов: либо к другому узлу сети, либо к терминальному оборудованию.

В сетях с пакетной коммутацией могут использоваться разные тех­нологии, к основным из которых относятся: TCP/IP, ATM и Frame Relay. Эти технологии отличаются разными возможностями. Так, например, технология Frame Relay создавалась только для передачи данных по цифровым сетям. Использовать ее для передачи голоса и видео достаточно сложно. Мультисервисные сети можно строить с применением технологии TCP/IP или ATM.

Указанные технологии отличаются по следующим показателям:

• длина пакета: постоянная или переменная;

• установление соединения: с установлением соединения или без установления соединения (см. п. 2.3);

• способ доставки сообщений: надежный или ненадежный.

Надежный способ доставки сообщений означает, что сеть

обеспечивает достоверную передачу сообщений. В этом случае контролируются появление в пакетах битовых ошибок и поте­ря отдельных пакетов сообщения. В пункте доставки сообще­ния восстановление пакетов, принятых с ошибкой, и потерянных пакетов осуществляется их повторной передачей из пункта отправ­ки. При ненадежном способе доставки сообщений на сети нет до­стоверной передачи сообщений. В пункте доставки на уровне при­ложения сообщение может быть доставлено с ошибками или/и с по­терей части сообщения.

Обе технологии, ATM и TCP/IP, могут работать как с надежной, так и ненадежной доставкой сообщений. В этих технологиях прото­кол восстановления сообщений работает в терминальном оборудо­вании пунктов отправления и доставки сообщения на транспортном уровне модели ВОС. В узлах сети для всех пакетов производится кон­троль над ошибками и при их обнаружении пакет удаляется.

В технологии ATM все пакеты имеют постоянную длину — 53 байта, что обеспечивает передачу речевого и видеотрафика в реальном мас­штабе времени. На сетях TCP/IP длина пакета переменная и может изменяться от 64 до 65 535 байтов. В технологии ATM предусмотре­но установление соединений, в IP-сетях применяется способ без ус­тановления соединения. При сравнении технологий ATM и TCP/IP можно отметить, что технология ATM более сложная и поэтому сис­темы ATM более дорогие. Это стало одной из причин более широко­го распространения технологии TCP/IP.

В дальнейшем рассматривается технология TCP/IP.