603.принципы организации современных широкополосных...

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

А.И. Русаков Ю.А. Зеленков

Принципы организации современных широкополосных сетей интегрированных услуг

Учебное пособие

Рекомендовано Научно-методическим советом университета

для студентов направления подготовки Прикладная математика и информатика

Ярославль 2006

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

УДК 621.394/.396 ББК 388я73 Р 88

Рекомендовано

Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного издания. План 2006 года

Русаков, А.И. Принципы организации современных широкополосных сетей интегрированных услуг : учеб. пособие / А.И. Русаков, Ю.А. Зеленков ; Яросл. гос. ун-т. – Ярославль: ЯрГУ, 2006. – 135 с.

ISBN 5-8397-0413-Х В пособии рассматриваются существующие на данный

момент основные способы организации широкополосных сетей с интеграцией услуг, а также такие перспективные технологии, как протокол IPv6 и IP – телефония. Предназначено для студентов, обучающихся по на-

правлению подготовки 510200 "Прикладная математика и информатика" (дисциплина "Современные компьютер-ные технологии", блок ОПД), очной формы обучения. Табл. 16. Рис. 22. Библиогр.: 172 назв.

УДК 621.394/.396 ББК 388я73

ISBN 5-8397-0413-Х © Ярославский государственный университет, 2006

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................... 5

1.1. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО РЫНКА ..... 5 1.2. ИНФРАСТРУКТУРА. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ............................................... 8

1.2.1. Международные и междугородные каналы .................................. 8 1.2.2. Архитектура транспортных сетей ............................................. 14 1.2.3. Городские опорные сети и сети доступа .................................... 18

Кабельные сети доступа ................................................................. 22 Сети доступа на основе DSL.......................................................... 24 Волоконно-оптические сети доступа ............................................ 26 Архитектура городских сетей и сетей доступа ............................ 28

1.3. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРИЛОЖЕНИЙ И УСЛУГ ........................................ 31 1.4. ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................. 35

2. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СЕТЕЙ ИНТЕГРИРОВАННЫХ УСЛУГ ........................................................... 40

2.1. МОДЕЛИ ВОЗМОЖНЫХ ИНФРАСТРУКТУР СЕТЕЙ ДОСТУПА ...................... 44 2.1.1. Предоставление доступа поверх существующей

инфраструктуры .............................................................................. 44 2.1.2. Применение технологии xDSL с использованием

существующих медных пар .............................................................. 45 2.1.3. Предоставление сервиса поверх волоконно-оптических сетей

с использованием широкополосных интегрированных технологий ......................................................... 45

2.1.4. Гибридная оптоволоконно-медная технология ........................... 46 Особенности устройств передачи данных HFC .................... 46

2.1.5. Использование радиошлейфа (RITL) ............................................. 47 2.1.6. Доступ с использованием спутниковых технологий .................. 47

2.2. СЕТИ КАБЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ ............................................................ 47 2.2.1. Стандартизация сетей кабельного телевидения ...................... 50 2.2.2. Особенности архитектуры сетей кабельного телевидения .... 52

2.3. СЕТИ НА ОСНОВЕ АБОНЕНТСКОЙ ЛИНИИ – XDSL ................................... 53 2.3.1. Виды xDSL технологий ................................................................... 55 2.3.2. Технические принципы ADSL.......................................................... 56 2.3.3. Стандарты в ADSL ........................................................................ 59 2.3.4. Адаптация ATM к ADSL ................................................................. 60

2.4. ОПТОВОЛОКОННЫЕ СЕТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ATM .................................. 63 2.4.1. Краткая характеристика ATM .................................................... 63 2.4.2. Некоторые экономические аспекты ATM сервиса .................... 65

2.5. БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ................................................................. 69 2.5.1. Особенности архитектуры беспроводных сетей доступа ...... 72

Кольцевая топология ...................................................................... 74 2.5.2. Спектр оказываемых услуг ............................................................ 75

2.6. ПЕРСПЕКТИВЫ НАИБОЛЕЕ ДИНАМИЧНО РАЗВИВАЮЩИХСЯ ТЕХНОЛОГИЙ ДОСТУПА ........................................................................... 76

2.6.1. Один из возможных вариантов плана выделения каналов при мультиформатной DWDM-HFC сети .................................... 78

2.6.2. Недостатки дешевых высокоскоростных технологий доступа – DSL и кабельных модемов ............................................. 79

2.7. ПРИМЕР УСПЕШНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СЕТЕЙ ДОСТУПА ................................ 80 2.8. ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................. 81

3. IPV6. НЕОБХОДИМОСТЬ И МЕТОДИКА ПЕРЕХОДА .................. 83

3.1. ИСТОРИЯ ВОПРОСА ................................................................................... 83 3.1.1. История возникновения и развития протокола IPv6

и мотивация его разработки ........................................................... 83 3.2. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ДЕЛ В ОБЛАСТИ ВНЕДРЕНИЯ ПРОТОКОЛА IPV6 ... 87

3.2.1. Основные этапы перехода от IPv4 к IPv6 и их временные рамки ....................................................................... 87

3.2.2. Опыт практического использования протокола IPv6 ............... 89 3.3. СПЕЦИФИКАЦИИ ПРОТОКОЛА IPV6 .......................................................... 92

3.3.1. Архитектура адресации в IPv6 ..................................................... 92 3.3.2. Структура пакета IPv6 ................................................................. 96 3.3.3. Особенности маршрутизации IPv6 .............................................. 99 3.3.4. Механизмы автоконфигурации хостов IPv6 ............................. 102 3.3.5. Механизмы обеспечения «качества обслуживания» (QoS) ..... 103 3.3.6. Механизмы защиты информации и обеспечения сетевой

безопасности ................................................................................... 103 3.4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СОПРЯЖЕНИЯ УЧАСТКОВ СЕТЕЙ IPV4 И IPV6

ВО ВРЕМЯ ПЕРЕХОДНОГО ПЕРИОДА ....................................................... 104 3.5. ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................... 108

4. НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ......... 111

4.1. РАЗВИТИЕ НОВЕЙШИХ ИНТЕРНЕТ-ПРИЛОЖЕНИЙ .................................. 113 4.1.1. РАЗВИТИЕ IP-ТЕЛЕФОНИИ ................................................................... 113

4.1.2. Session Initiation Protocol (SIP) .................................................... 115 4.1.3. Передача видеоизображения через Интернет ......................... 118

4.2. ИНТЕРНЕТ КАК ЕДИНАЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ СРЕДА ................. 120 4.2.1. Мультиплексирование по длине волны (Wavelength division

multiplexing) ..................................................................................... 121 4.2.2. Dynamic Packet Transport Protocol .............................................. 126

Реализации прототипов новой транспортной среды ................. 130 4.3. ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................... 134

1. Введение

1.1. Особенности современного телекоммуникационного рынка

Телекоммуникационная отрасль является одним из наиболее динамичных и перспективных сегментов глобального рынка и большинства национальных рынков. В качестве ее основных со-ставляющих могут быть выделены: телекоммуникационные ин-фраструктуры (сети), телекоммуникационное оборудование и ус-луги (рис. 1). При этом сети играют ключевую роль, выступая и в качестве технической базы для предоставления телекоммуника-ционных услуг конечным пользователям, и в качестве основного потребителя телекоммуникационного оборудования [1].

Рис. 1 Структура телекоммуникационного рынка (традиционная модель)

В последние годы рынок телекоммуникаций претерпевает значительные и быстрые изменения, в результате которых тради-ционная модель (рис. 1) становится все менее применимой для его анализа (см. раздел 1.3. и рис. 5).

Одним из наиболее важных факторов, обусловливающих эти изменения, является процесс демонополизации данной отрасли. Указанный процесс начался около 15 лет назад, когда в США произошло разделение AT&T на компанию-оператора дальней связи и семь региональных компаний-операторов [1]. В России либерализация рынка связи началась существенно позже, в нача-ле 90-х годов. Однако она сопровождалась чрезвычайно быстрым ростом числа компаний, предоставляющих различного рода услу-ги связи: передача данных, междугородная и международная те-лефония, услуги мобильной связи, доступ в Интернет и IP-теле-фония. В 1999 г. общий годовой доход, полученный новыми опе-раторами связи, составил свыше 70% от валового дохода отрасли. Особо следует отметить, что именно указанные операторы доми-нируют на рынке услуг передачи данных (75%).

Другой, не менее существенной причиной эволюции теле-коммуникационного рынка является интенсивное внедрение но-вых технологий, таких как волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), кабельное телевидение и др. Однако наибольшее влия-ние на развитие данной отрасли в последние годы, несомненно, оказали Интернет-технологии. Следует отметить, что в экономи-ческом отношении к настоящему времени Интернет в своем раз-витии достиг такого уровня, что ряд исследователей сочли необ-ходимым выделить в качестве объекта изучения новый сектор экономики, получивший название «Интернет-экономика» [4]. При этом значительная часть телекоммуникационной отрасли стала рассматриваться как составляющая «Интернет-экономики».

При анализе «Интернет-экономики» используются специаль-ные экономические показатели (индикаторы): Internet Economy Revenues Indicator и Internet Economy Jobs Indicator, предназна-ченные для оценки объема продаж Интернет-ориентированных продуктов и услуг, а также численности работающих в соответ-ствующих структурах. Расчет этих показателей осуществляется в рамках новой «Интернет-ориентированной» стратиграфической экономической модели [4]. Данная модель, разработанная спе-

циалистами Техасского университета (США), выделяет четыре основных составляющих, или, в терминах этой модели, «уровня» данного сектора экономики: инфраструктура, приложения, по-средники, коммерция (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

Модель «Интернет-экономики»

Тип компании Основные категории Примеры

Уровень 1. Инфраструктура

Производство продуктов и предоставление услуг для соз-дания и экс-плуатации ин-фраструктуры IP-сетей и ор-ганизации электронной коммерции

Операторы опорных IP-сетей Qwest, MCI Worldcom Операторы IP-сетей Mindspring, AOL,

Earthlink Производители сетевого обо-рудования и программного обеспечения

Cisco, Lucent, 3Com

Производители средств вы-числительной техники (рабо-чие станции, серверы и др.)

Dell, Compaq, HP

Защита информации Axent, Checkpoint, Network Associates

Производители оптоволокна Corning Канало-образующее оборудо-вание

Ciena, Tellabs, Pairgain

Уровень 2. Приложения

Продукты и ус-луги, предпола-гающие ис-пользование инфраструкту-ры IP-сетей и обеспечиваю-щие использо-вание послед-них для реше-ния конкрет-ных задач

Специализированные консал-тинговые компании

USWeb/CKS, Scient, etc

Интернет-ориентированные программные продукты

Netscape, Microsoft, Sun, IBM

Мультимедийные приложения RealNetworks, Macro-media)

Программное обеспечение для Web-разработчиков

Adobe, NetObjects, Al-laire, Vignette

Поисковые системы Inktomi, Verity Дистанционное обучение Sylvan Prometric, As-

symetrix Web-ориентированные базы данных

Oracle, IBM DB2, Mi-crosoft SQL Server

Тип компании Основные категории Примеры

Уровень 3. Посредники

Содействие по-вышению эф-фективности электронного рынка путем организации взаимодействия через Интернет продавцов и покупателей товаров и услуг

Организация рынка VerticalNet, PCOrder Бюро путешествий online TravelWeb.com,

1Travel.com Online брокеры E*Trade, Schwab.com,

DLJDirect Агрегация информационных ресурсов

Cnet, ZDnet, Broad-cast.com

Создание и поддержка инфор-мационных ресурсов и порта-лов

Yahoo, Excite, Geoci-ties

Реклама online Yahoo, ESPNSportszone

Уровень 4. Коммерция

Продажа через Интернет това-ров и услуг ин-дивидуальным и корпоратив-ным потреби-телям

Розничная электронная тор-говля

Amazon.com, eToys.com

Продажа оборудования online Cisco, Dell, IBM Подписка и приобретение электронных и печатных изда-ний

thestreet.com, WSJ.com

Продажа авиа билетов online Развлечения и профессиональ-ные услуги online

1.2. Инфраструктура. Тенденции развития

1.2.1. Международные и междугородные каналы

По мнению экспертов [6], в ближайшие годы именно разви-тие волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), являющихся до-минирующей коммуникационной средой, будет оставаться одним из основных факторов, оказывающих влияние на рынок телеком-муникационных услуг. В свою очередь стимулом развития ин-фраструктуры и технологий ВОЛС служит наблюдающийся в по-следние годы непрерывный рост трафика. В результате этого роста к середине 90-х годов появились первые признаки исчерпа-

ния смонтированной емкости ВОЛС даже в странах с хорошо развитой телекоммуникационной инфраструктурой, например в США. Во многом это было связано с тем, что большинство смон-тированных в 80-х годах в США ВОЛС имели 16 волокон, а 32 волоконные линии были довольно редки [7], поскольку в пе-риод проектирования и создания указанных ВОЛС доминирую-щим был голосовой трафик, и рост загрузки каналов происходил достаточно медленно. Поэтому не было никаких оснований пред-полагать, что имеющаяся резервная емкость будет исчерпана в обозримом будущем.

Однако в 90-х годах произошло кардинальное изменение си-туации [7]. На фоне плавного увеличения голосового трафика (8% в год) стал наблюдаться резкий рост суммарного трафика данных (35% в год), причем его составляющая, связанная с Ин-тернет, росла со скоростью 100% в год. В частности, американ-ская компания Pacific Bell уже в 1995 г. сообщила, что трафик данных стал преобладающим.

Не менее важным явилось и то обстоятельство, что к этому моменту на телекоммуникационном рынке сформировалась ус-тойчивая положительная связь между стоимостью услуги и спро-сом на нее, то есть снижение стоимости передачи на x% приво-дило к росту трафика на величину (x+y)%, обеспечивая, таким образом, увеличение прибыли на y%. Наличие такой связи по-служило мощным стимулом внедрения новых технических реше-ний, понижающих себестоимость трафика и цены на телекомму-никационные услуги. Все это привело к дальнейшему ускорению роста трафика и загрузки сетей.

Еще более усугубило ситуацию и то, что в эти же годы опера-торы дальней связи интенсивно осуществляли внедрение кольце-вой SONET-топологии, позволяющей сохранить работоспособ-ность сети в случае повреждений кабеля, но обеспечивающей это ценой потери 50% кабельной емкости.

Уже в середине 90-х годов перед телекоммуникационными операторами встала задача быстрого и значительного повышения пропускной способности ВОЛС. Данная задача решалась и про-должает решаться как путем создания новых линий, так и путем внедрения новых технологий, обеспечивающих повышение ско-рости передачи данных и емкости существующих ВОЛС. Одно-

временно с увеличением протяженности и емкости ВОЛС на-блюдается и тенденция к расширению зон обслуживания транс-портных сетей.

Быстрый рост волоконно-оптических сетей в последние годы во многом был обусловлен появлением (в результате изменения законодательства в этой области) новых операторов, вступающих в острую конкуренцию с компаниями, традиционно лидирующи-ми на телекоммуникационном рынке как в области предоставле-ния услуг дальней связи, так и на уровне региональных сетей. В частности, в результате появления новых операторов суммарная доля ведущих американских компаний (таких как AT&T, MCI, Sprint, WorldCom и др.) в общем объеме ежегодно монтируемых ВОЛС непрерывно снижалась.

Не менее важным фактором, обеспечивающим быстрый рост волоконно-оптических сетей, стало появление принципиально новой услуги – предоставление в пользование (на условиях IRU- indefeasible right to use) «сырого» оптического волокна (dark fiber).

Однако в дальнейшем ожидается снижение темпов увеличе-ния протяженности междугородных ВОЛС в Северной Америке, так как ведущие сетевые операторы этого региона завершили со-ответствующие программы и обеспечили достаточные на бли-жайшие годы резервы канальной емкости.

Одной из причин снижения темпов роста транспортных во-локонно-оптических сетей является активное внедрение новых технологий, обеспечивающих повышение скорости передачи данных и емкости существующих ВОЛС, например, путем уве-личения числа спектральных каналов по технологии WDM (Wavelength Division Multiplexing – уплотнение по длине волны) [8, 9]. Данная технология в последние годы интенсивно развива-ется, а соответствующее серийно выпускаемое оборудование бы-стро совершенствуется [7]. Достигнутые результаты, наряду с экономическими факторами, позволяют рассматривать WDM как наиболее перспективное направление развития волоконно-оптических сетей.

Структуру и перспективы развития рынка WDM-систем в США иллюстрирует таблица 2, составленная на основании ре-зультатов исследования [12], проведенного компанией Communi-

cations Industry Researchers, Inc. Как видно из таблицы, в настоя-щее время WDM-системы используются, главным образом, в транспортных сетях на междугородных ВОЛС (около 90% рын-ка).

Таблица 2

Структура и прогноз развития рынка WDM-систем в США (млн. дол. США)

Область ис-пользования

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Междугород-ные каналы и транспортные сети 921 1468 1906 2664 2993 2971 3005 3043 3093 3147

Городские сети и сети доступа 112 240 374 617 989 1681 2561 3419 4287 5133

Корпоратив-ные распре-деленные се-ти (WAN) 48.0 51.5 57.6 75.8 88.9 97.8 53.2 32.4 15.8 13.9

Локальные WDM-сети (LAN) 0.2 0.3 0.7 0.8 1.7 9.4 19.8 38.8 58.8 63.0

Общий объем продаж 1081 1760 2338 3358 4073 4760 5639 6533 7454 8357

Согласно другому, более позднему, исследованию [13] при-

веденные выше оценки являются заниженными, и объем рынка WDM уже в 1999 г. превысил 3,5 млрд. дол. США, а в 2003 г. достиг 7,9 млрд. дол. США. Кроме того, в результате этого ис-следования была выявлена новая перспективная группа потреби-телей – операторы сетей кабельного телевидения. В настоящее время указанная группа занимает второе место после домини-рующей группы потребителей – операторов IP-сетей (3,3 млрд. дол. США).

Сходные тенденции характерны и для другого крупного те-лекоммуникационного рынка – европейского, на котором недос-таток канальной емкости стал ощущаться к 1997 г. [14]. Следует отметить, что более позднее начало модернизации европейских ВОЛС было обусловлено не только отставанием от США в росте общего объема трафика, но и меньшей длиной междугородных линий (например, в Великобритании средняя протяженность 100 км) а следовательно, и меньшими затратами на аппаратуру усиления при монтаже новых линий.

Начиная с января 1998 г. более 20 европейских операторов глобальных сетей анонсировали свои планы модернизации и по-строения сетей на базе ВОЛС [15]. Не менее многочисленная группа операторов объявила о намерении арендовать непосредст-венно ВОЛС или часть их емкости для предоставления услуг своим пользователям. Таким образом, общее число общеевропей-ских операторов, предоставляющих услуги с использованием ВОЛС, составило около 40 [15]. Наряду с собственно европей-скими компаниями в данном регионе активно развивали свою се-тевую инфраструктуру и компании США, такие как Level 3, Qwest, MCIWorldcom и Metromedia Fiber Network [16].

Следует особо отметить то обстоятельство, что, основываясь на тенденциях североамериканского телекоммуникационного рынка, опережающего европейский, компании США (такие как COLT и MCIWorldcom) не ограничивались созданием в Европе опорных инфраструктур, являющихся продолжением их сетей на американском континенте, но и приняли активное участие в фор-мирование городских сетей [16].

Основываясь на устойчивом и высоком спросе на емкость, европейские операторы при монтаже новых сетей использовали ВОЛС с большим числом волокон, как правило около 100 (96 – для междугородных каналов и 144 – для городских сетей). Это позволило многим из них частично скомпенсировать затраты на инсталляцию, продавая и сдавая в аренду часть волокон другим операторам. Кроме того, при создании новых сетей в данном ре-гионе приблизительно в 75% случаев использовалось [15] NZDS-волокно (non-zero dispersion-shifted), оптимальное для использо-вания WDM-технологий.

Хотя массированное внедрение WDM-технологий в Европе было начато несколько позднее, чем в США, но уже в 1997 – 1998 гг. ведущие европейские производители телекоммуникаци-онного оборудования (Ericsson, Lucent, Pirelli, Ciena, GPT-Sie-mens, Alcatel, Nortel, и DSC) предлагали операторам свои WDM-системы. Первыми европейскими телекоммуникационными опе-раторами, использовавшими данную технологию, были Cable and Wireless Communications (CWC), British Telecom (BT), Telecom Finland, Telenor и Telefonica de Espana [14]. К 2000 г. все операто-ры общеевропейских волоконно-оптических сетей приступили к инсталляции DWDM-систем.

Одним из примеров наиболее масштабного использования в этом регионе данной технологии может служить транспортная сеть одного из ведущих европейских операторов Global TeleSystems (GTS), известного ранее, как Hermes Europe Railtel (HER). GTS широко использовала WDM не только в своей транс-портной сети, общей протяженностью свыше 5000 км, но и в принадлежащих этой компании городских сетях [17]. Промыш-ленная эксплуатация WDM-систем показала, что данная техноло-гия позволяет не только повысить транспортную емкость, но и обеспечивает возможность реализации различных сетевых архи-тектур, таких как наложенные SDH- и IP-сети. Технико-экономи-ческий анализ, проведенный специалистами компании, показал высокую эффективность использования WDM-технологии, осо-бенно на междугородных ВОЛС [17].

Можно констатировать, что использование ВОЛС в соче-тании с WDM-технологией, доминирующее в настоящее время на двух ведущих региональных рынках, североамериканском и ев-ропейском, становится характерным и для глобального теле-коммуникационного рынка.

Следует отметить, что данная тенденция оказала значитель-ное влияние и на эволюцию общей архитектуры транспортных сетей. В частности, как будет показано ниже (раздел 1.2.2), логи-ческим итогом развития WDM-технологий и интенсивного роста IP-трафика явилось появление концепции «оптической Интернет-сети» (IP/DWDM-сети).

1.2.2. Архитектура транспортных сетей

Как было показано в предыдущих разделах, развитие Интер-нет, а также соответствующих приложений и услуг, базирующих-ся на IP-протоколе, оказывает существенное влияние на телеком-муникационную отрасль как в экономическом, так и в технологи-ческом отношении. В частности, тот факт, что практически все виды телекоммуникационных услуг, предоставляемых конечному пользователю, в настоящее время могут быть реализованы на ба-зе TCP/IP-протокола, заставляет рассматривать IP-уровень в ка-честве перспективной базы для конвергенции всех видов трафика в телекоммуникационных сетях. В то же время сетевая инфра-структура, созданная в предыдущие годы, ориентирована на транспорт голосового трафика. Хотя предоставление данной ус-луги по-прежнему обеспечивает значительную долю дохода те-лекоммуникационных операторов, трафик данных стал к настоя-щему времени доминирующим не только по объему, но и по раз-меру генерируемого дохода (см. раздел 1.1). Специалистами предсказывается сохранение этой тенденции и связанное с ней увеличение спроса на канальную емкость по некоторым оценкам более чем на два порядка [21]. Все это в последние годы сделало актуальным поиск новых технических решений, адекватных но-вым требованиям. Целенаправленные и массированные усилия, направленные на удовлетворение этих требований, были пред-приняты в 90-х годах в рамках программы ACTS (Advanced Communications Technologies), 4-й Рамочной программы Евро-пейской Комиссии [22]. В частности, был реализован ряд проек-тов (табл. 3), посвященных развитию оптических сетей.

Параллельно с развитием собственно IP-технологии (см. раз-делы 3 и 4) значительный успех на этом направлении был дос-тигнут и в совершенствовании технологий канального уровня, в первую очередь WDM [8, 9]. Быстрое внедрение WDM в транс-портных сетях (см. раздел 1.2.1) было обусловлено не только тем, что данная технология предоставляет возможность оперативно варьировать в пределах очень широкого диапазона предостав-ляемую потребителю емкость, что является одним из ключевых требований современного рынка телекоммуникационных услуг. Не менее важным явилось и то обстоятельство, что WDM обес-

печивает одновременную поддержку нескольких независимых протоколов на одной волоконно-оптической сети. Это позволяет оператору осуществить плавную миграцию к новой, более про-грессивной сетевой архитектуре, отвечающей, в частности, доми-нирующей роли IP-трафика.

Перечень проектов оптических сетей программы ACTS

Номер Краткое название

Полное название проекта

AC029 WOTAN Wavelength-Agile Optical Transport and Access Network

AC043 KEOPS Keys to Optic al Packet Switching AC050 PLANET Photonic Local Access Network AC058 HORIZON Horizontal Action on Optical transport Networks AC066 OPEN Optical Pan-European Network AC069 COBNET Corporate Optical Backbone Network AC073 METON Metropolitan Optical Network AC084 PHOTON Pan-European Photonic Transport Overlay NetworkAC209 MEPHISTO Management of Photonic Systems and Networks AC231 MOON Management of Optical Networks

Можно выделить три основных подхода, использующихся в

настоящее время телекоммуникационными операторами для ор-ганизации IP-транспорта в волоконно-оптических сетях: IP/ATM/ SONET, IP/SONET и IP/WDM. Сравнительный анализ этих под-ходов приведен в таблице 4. Согласно результатам исследования [23] наиболее перспективным является последний из перечислен-ных подходов, хотя ATM-технология сохранит свое значение как средство для обслуживания потребителей, предъявляющих по-вышенные требования к управлению качеством сервиса (QoS). Что касается наиболее распространенного в настоящее время ре-шения IP/SDH, то в ближайшие годы ожидается его вытеснение более эффективной в техническом и экономическом отношении IP/WDM-архитектурой.

Три основных подхода к организации IP-трафика в волоконно-оптических сетях

IP/ATM/SONET IP/SONET IP/WDM

Организация IP-трафика

IP-пакеты помеща-ются ATM-ячейки, передающиеся по-верх SONET-инфра-структуры

IP-пакеты пере-даются непосред-ственно поверх SONET-инфра-структуры

IP-пакеты пере-даются непосред-ственно по WDM-каналам

Преимущест-ва

Высокие QoS-характеристики. Раз-витая технология

Отсутствие по-терь емкости, связанных с ис-пользованием ATM

Отсутствие по-терь емкости, связанных с ис-пользованием SONET

Недостатки

Потери емкости («Cell tax»). Необходимость ис-пользования высо-копроизводительных процессоров для ор-ганизации виртуаль-ных каналов. Высокая стоимость оборудования

Посредственный уровень под-держки QoS

Недостаточно развитая техно-логия защиты

Уровень раз-вития техно-логии

Развитая Коммерчески доступная с 1999 г.

Развивающаяся

Перспективы

Сохранится для об-служивания пользо-вателей с высокими требованиями к QoS, но будет реализовы-ваться параллельно с IP/WDM на одних и тех же ВОЛС.

Будет активно использоваться в ближайшие 5 лет с возможным по-следующим вы-теснением IP/WDM-технологией

Доминирующий способ организа-ции IP-трафика с ограниченными требованиями к QoS

В теоретическом плане существующие тенденции эволюции

сетевой архитектуры нашли свое отражение в появлении концеп-ции построения «оптических сетей передачи данных» (Optical Data Networking) [24]. Оптическая сеть передачи данных, соглас-

но определению OIF (Optical Internetworking Forum), представля-ет собой оптимизированную для передачи данных сетевую ин-фраструктуру, в которой коммутаторы и маршрутизаторы имеют интегрированные оптические интерфейсы и соединены посредст-вом оптического волокна напрямую или через оптические сете-вые элементы (например, DWDM-мультиплексоры). Согласно данной концепции существенной особенностью оптической сети передачи данных является то, что данная инфраструктура являет-ся нейтральной по отношению к сетевым протоколам и допускает их одновременное использование.

На практике большинство из положений упомянутой выше концепции реализуются в настоящее время при построении IP/WDM-сетей, не использующих SONET/SDH и ATM и полу-чивших название «Оптический Интернет» [25, 26]. Одним из пер-вых примеров создания крупной оптической Интернет-сети мо-жет служить канадская научная и образовательная сеть CA*net3 (см. раздел 4.2.2), введенная в эксплуатацию уже в 1998 г. [27] Планы создания оптических Интернет-сетей анонсированы и ря-дом крупных телекоммуникационных операторов, таких как Teleglobe, Hermes, Sprint, Frontie, Global Center и Enron. Основной причиной для принятия такого решения явилось значительное снижение инсталляционных и эксплуатационных затрат по срав-нению с традиционными сетями, использующими SONET и ATM. Согласно экспертным оценкам [28] при создании новых се-тей оптического Интернет снижение капитальных затрат по срав-нению с традиционными Интернет-сетями может составлять от 50% до 90%, а эксплуатационных – до 60%. Кроме того, оптиче-ская Интернет-сеть может быть легко оптимизирована в соответ-ствии с типичной для Интернет асимметрией потоков данных [29 – 31], варьирующихся от 3:2 до 16:1. Следует также упомя-нуть о том, что в последние годы достигнут значительный про-гресс в ряде компонентов оптических сетей, в том числе и в сни-жении показателя цена/производительность [32].

Все это позволяет рассматривать оптический Интернет в ка-честве наиболее перспективной архитектуры транспортных се-тей, способной обеспечить в ближайшие несколько лет значи-тельное снижение стоимости Интернет-услуг [33].

1.2.3. Городские опорные сети и сети доступа

Наряду с быстрым ростом числа пользователей и расширени-ем зон обслуживания основной тенденцией развития городских опорных сетей и сетей доступа является повышение скорости пе-редачи данных. По данным [34] The Strategis Group уже в 1998 г. 78% малых компаний США активно использовали Интернет. При этом 14% из них арендовали для этой цели T1/DS-1 линии, еще недавно арендовавшиеся исключительно крупными компаниями. В ближайшие годы ожидается [35] дальнейшее быстрое повыше-ние спроса на высокоскоростной доступ вследствие развития и распространения новых приложений, таких как IP-телефония, се-тевые видеоконференции, видео по заказу (video-on-demand) и др.

Следует отметить, что рост спроса на эту категорию услуг наблюдается не только со стороны корпоративных пользовате-лей, но и со стороны частных лиц. Тенденция увеличения доли частных лиц среди пользователей Интернет характерна для большинства развитых стран. Так, по данным исследования [36], проведенного International Research Institutes (IriS) в 18 странах, во многих из них число пользователей, имеющих доступ в Ин-тернет из дома, превышает число пользователей, имеющих дос-туп в Интернет со своего рабочего места (табл. 5). При этом пер-вая из названных категорий пользователей является потенциаль-ным массовым потребителем услуг высокоскоростного доступа. Например, по последним оценкам [37] услуги высокоскоростного доступа желают приобрести около 23 млн. граждан США при ус-ловии, что стоимость данной услуги не будет превышать 40 дол. в месяц. По другим данным [38] уже в настоящее время в Север-ной Америке число домовладельцев, арендующих каналы досту-па емкостью 1,5 Мбит/с и выше, составляет приблизительно 1,6 млн. человек и должно возрасти в ближайшем будущем до 31,7 млн.

Суммарное число потребителей различных видов высокоско-ростного доступа (посредством кабельных модемов, DSL-оборудования, каналов спутникового вещания и беспроводных средств связи) в 1998 г. увеличилось на 185% и достигло 1,9 млн., а общий годовой доход операторов от предоставления этой услу-ги составил 580 млн. дол. США [37].

Относительная численность пользователей (от общего числа опрошенных), осуществляющих доступ

в Интернет из дома и с рабочего места

Страна Дом Рабочее место

Дания 37% 33% Швеция 36% 27% Австралия 31% 25% Канада 29% 21% Финляндия 21% 24% Нидерланды 19% 10% Швейцария 18% 26% Великобритания 15% 14% Франция 7% 10% Германия 11% 13%

Основной особенностью рынка услуг высокоскоростного доступа является наличие конкуренции различных технологий (раздел 2), использующихся для подключения конечного пользо-вателя – так называемая «битва за последнюю милю». Перечень и характеристики основных конкурирующих технологий приведе-ны в таблице 6. В настоящее время наиболее острая конкуренция имеет место между технологиями, базирующимися на использо-вании унаследованных телекоммуникационных инфраструктур, таких как кабельные системы (кабельные модемы) и медные па-ры выделенных телефонных линий (DSL-модемы). Однако, как будет показано ниже, в ближайшем будущем обеим названным технологиям предстоит вступить в конкуренцию с технологией, использующей в качестве физической среды «последней мили» волоконно-оптический кабель (табл. 6). Следует подчеркнуть, что важным фактором в конкуренции перечисленных технологий на конкретных региональных рынках является развитость соответ-ствующих телекоммуникационных инфраструктур в конкретном регионе.

Сравнительные характеристики технологий, использующихся в сетях доступа

Техноло-гия

Функции

Скорость потоков данных

(Mбит/с)

Преимуще-ства

Ограничения

Воло-конно-оптиче-ский ввод

Передача данных и видеотоков (ТВ) в одном канале или на другой длине волны

от не-скольких сот до 1000

Наиболее высокая скорость передачи данных

Стоимость созда-ния

DSL (Digital subscri-ber line)

Передача данных по выделенным те-лефонным линиям в полосе частот, отличной от ис-пользуемой для передачи голоса

нисходя-щий: 6-8 восходя-щий: до 1.5

Использу-ются суще-ствующие телефонные линии

Максимальная длина линии до АТС – 5,5 км. Верхний предел скорости дости-жим только на ко-ротких линиях

Кабель-ный модем

Передача нисхо-дящего потока данных по коакси-альному кабелю в полосе частот од-ного из ТВ кана-лов. Восходящий поток – в более низкой полосе час-тот или по теле-фонным каналам

Типичные скорости: Нисхо-дящий – около 1 Восхо-дящий – 0.1-0.5

Использу-ется суще-ствующая кабельная система

Доступная каждо-му пользователю скорость понижа-ется по мере роста числа пользовате-лей. Может быть реализована не на всех кабельных системах. Плохая защита информа-ции

Беспро-водные системы (назем-ные)

Передача данных и видеосигнала по микроволновому каналу между дву-мя антеннами

Прибли-зительно те же, что и для DSL

Не требует монтажа кабельных систем

Интерференция с отраженным сиг-налом и сигналами других передатчи-ков. Блокировка сигнала препятст-виями и в резуль-тате атмосферных явлений. Ограни-ченная дальность передачи

Беспро-водные системы (спутни-ковые)

Передача по мик-роволновому кана-лу между спутни-ковой и наземной антеннами. Может быть реализована в качестве дополне-ния к обычным системам спутни-кового вещания либо на базе низ-коорбитальных спутниковых сис-тем

Подлежат опреде-лению

Не требует кабельных систем и локальных вещатель-ных антенн

Ориентированы на однонаправленное вещание на боль-шие территории. Предположитель-но – ограниченная скорость

Необходимо также отметить, что, несмотря на высокие тем-

пы роста, рынок услуг высокоскоростных сетей доступа в целом характеризуется высокой степенью хаотичности [39]. Эта хао-тичность обусловлена как уже упоминавшейся острой конкурен-цией между различными технологиями и незавершенным процес-сом стандартизации оборудования, так и значительными отли-чиями в мотивации участников рынка. В частности, в консер-вацию хаотичности данного рынка определенный вклад внесло и то обстоятельство, что вместо предсказываемого в прошлом уменьшения числа операторов IP-сетей за счет их консолидации и укрупнения наблюдается обратный процесс. Например, в США число операторов IP-сетей в 1998 г. увеличилось более чем на 4000 [40], так как наряду с собственно операторами IP-сетей ус-луги Интернет стали предлагать операторы местной и междуго-родной телефонной связи, операторы кабельных и беспроводных сетей и даже производители средств вычислительной техники. Одновременно, по мере появления новых приложений, происхо-дила и диверсификация спектра услуг «классических» операторов IP-сетей.

Конкуренция упомянутых выше технологий наиболее объек-тивно может быть охарактеризована объемами годового валового дохода от продажи соответствующего оборудования и услуг. Ниже будут приведены такого рода данные для двух ведущих те-лекоммуникационных рынков – Северной Америки и Западной Европы.

Кабельные сети доступа

На мировом рынке кабельных модемов наблюдается быстрый рост продаж. Согласно прогнозу [42] Cahners In-Stat Group, к концу 2002г. число пользователей кабельных модемов во всем мире превысило 9,5 млн. человек. Общий доход от продаж ка-бельных модемов в 1999 г. оценивался в 700 млн. дол. США. Для данного рынка в 1999 г. было характерно увеличение доли обо-рудования в стандарте DOCSIS (EuroDOCSIS на европейском рынке). Число продаж оборудования, соответствующего этому стандарту, составило 275 тыс. в 3 квартале и 40% годового объе-ма продаж. По оценкам аналитиков [41] в 2000 г. их доля соста-вила 80%. Оставшиеся 20% рынка распределены между различ-ными системами, в том числе и системами европейского стандар-та DVB/DAVIC (Digital Video Broadcasting). В дальнейшем конкурентоспособность кабельных модемов как средства высоко-скоростного доступа будет определяться в первую очередь тем-пами модернизации кабельных сетей, обеспечивающей возмож-ность организации восходящих потоков данных.

В Северной Америке, где к кабельным сетям подключено бо-лее 110 млн. домов, число пользователей кабельных модемов в 1999 г. составило 1,8 млн. человек и, как ожидалось [42] удвои-лось к концу 2000 г. Общий объем (оборудование и услуги) рын-ка кабельных модемов в США в 1999 г. равнялся 860 млн. дол. США [38]. Согласно оценкам экспертов [37], общий годовой до-ход операторов от предоставления услуг высокоскоростного дос-тупа в США будет продолжать расти. В 2004 г. он достиг 7,67 млрд. дол. К этому моменту лидирующее место на рынке (46% пользователей) заняла именно технология, предполагающая использование кабельных модемов, хотя альтернативные техни-ческие решения, базирующиеся на DSL-технологии, все еще ос-таются достаточно распространенными (40%). Увеличение рынка кабельных модемов может происходить также за счет привлече-ния корпоративных пользователей. Хотя в настоящее время в США пользователями кабельных сетей являются лишь 50% орга-низаций, их число может быстро увеличиться, так как при сред-них затратах на подключение порядка 4000 дол. США сокраще-ние затрат на услуги связи может достигать 80% [43].

Характеристики кабельных сетей ряда европейских стран приведены в таблице 7. Для европейского рынка объем годового валового дохода от продажи кабельных модемов составлял в 1998 г. 33 млн. дол. США и, как прогнозировалось, достиг в 2003 г. приблизительно 550 млн. [44] Ожидается также снижение цен на это оборудование. В настоящее время эти цены приблизи-тельно в два раза выше, чем в США.

Общая численность пользователей данного вида сервиса в Западной Европе в настоящее время приблизительно в 10 раз ни-же, чем в США. Это является следствием не недостаточной раз-витости соответствующей инфраструктуры, а, в первую очередь, более низкого спроса на услуги Интернет. Так, например, из 1,54 млн. датских пользователей системы кабельного телевиде-ния United Pan-European Communications (UPC) лишь 25 тыс. ис-пользуют ее для доступа в Интернет [44].

Сети кабельного телевидения ряда европейских стран

Страна Число подключенных домов (млн.) Германия 18,3 Франция 2,0 Бельгия 3,7 Нидерланды 6,0 Великобритания 3,4 Швейцария 3,6 Швеция 2,2 Италия 0,3 Итого 44

Несмотря на то, что предсказать окончательный итог конку-

ренции двух рассматриваемых технологий на европейском рынке по описанным выше причинам довольно трудно, некоторые тен-денции в этой области уже проявились довольно явно. В частно-сти, отчетливо проявляется тенденция к концентрации усилий операторов кабельных сетей на обслуживании частных лиц, тогда как услуги DSL предлагаются, главным образом, корпоративным пользователям [44].

Одной из немногих тенденций, направленных на структури-зацию данного рынка, явился отказ операторов от обслуживания одновременно двух основных групп пользователей, а именно корпоративных и индивидуальных, требования которых значи-тельно отличаются. В частности, ряд операторов, таких как Sprint и Netcom, сконцентрировали свои усилия на обслуживании кор-поративных клиентов, тогда как другие, например MindSpring и EarthLink, стали специализироваться на предоставлении доступа частным лицам [40]. Такая специализация стала возможна в ре-зультате интенсивного роста численности обеих категорий поль-зователей, выявления их интересов к различным видам сервиса и, как следствие, появления возможности сделать достоверные за-ключения о специфике обслуживания каждой из групп [45].

Сети доступа на основе DSL

Изначально DSL-технология, предназначенная для использо-вания поверх существующей инфраструктуры телефонных сетей (медные пары), была предложена в качестве временного техниче-ского решения для обеспечения высокоскоростного доступа ча-стных пользователей в период до завершения формирования ин-фраструктур FTTH (fiber to the home) и/или HFC (hybrid fiber coax), которое, как полагали тогда, потребует значительных ка-питаловложений и займет длительное время.

Интересно, что первые апробации xDSL-технологий были проведены региональными операторами компании Bell (США) и министерствами связи ряда европейских стран уже в начале 1990-х годов [46]. В этот период необходимость внедрения xDSL мотивировалась появлением таких перспективных с точки зрения потребительского рынка приложений, как видео по запросу (VOD – video on demand) и интерактивное телевидение (ITV). Операторы телефонных сетей рассматривали внедрение xDSL как важный фактор в предстоящей конкурентной борьбе за этот ры-нок с операторами сетей кабельного телевидения. Впоследствии эти ожидания не оправдались, и работы по внедрению данной технологии практически прекратились. Они были возобновлены лишь в 1995 г. с появлением спроса на высокоскоростной доступ в Интернет.

Еще одной причиной, замедлившей внедрение xDSL, явилось опасение операторов телефонных сетей в том, что распростране-ние данной технологии приведет к снижению доходов от предос-тавления традиционной услуги – аренды выделенных линий, в частности T1 (1,5 M) каналов. Многочисленные примеры, иллю-стрирующие намеренное «сдерживание» распространения xDSL-технологии компаниями США, приведены в статье [47].

Тем не менее, несмотря на эти обстоятельства, число пользо-вателей указанной технологии во всем мире в 1999 г. возросло на 150%, а к концу 2000 г. превысило 2 млн. человек [48, 49]. При этом североамериканский сегмент данного рынка в ближайшие годы сохранит свое лидирующее положение. В частности, в 2003 г. 50% всех потребителей DSL составили пользователи США [48].

Основным стимулом развития DSL-рынка США является спрос на высокоскоростной доступ в Интернет. В 1999 г. около 4850 (то есть приблизительно 31%) операторов IP-сетей в США объявили о предоставлении DSL-услуг [50, 51]. Число xDSL-линий, введенных в промышленную эксплуатацию этими опера-торами, к концу 1999 г. достигло приблизительно 1,3 млн. [51]. Для сравнения можно указать, что в 1998г. в эксплуатации нахо-дилось лишь 50 – 60 тыс. таких линий [52, 53]. В отличие от ев-ропейского рынка, где DSL-сервис ориентирован, главным обра-зом, на корпоративных пользователей [44], в США по данным International Data Corporation в середине 1999 г. 70% xDSL-линий обслуживало частных пользователей [52].

Другим отличием американского DSL-рынка от европейского является существование на нем более сильной конкуренции со стороны ISDN, имеющего в США хорошо развитую инфраструк-туру и традиционно использующегося для целого ряда приложе-ний [53], в том числе таких, как доступ в Интернет, видеоконфе-ренции, электронная коммерция и др. Общий объем североаме-риканского рынка xDSL, включая продажу оборудования и услуг, по оценкам Communications Industry Researchers [54], увеличился с 252 млн. дол. США в 1999 г. до 10,4 млрд. дол. США в 2003.

Внедрение DSL-технологии на европейском рынке сдержи-валось теми же факторами, что и в США. Тем не менее растущая конкуренция со стороны операторов кабельных сетей заставила в

середине 1999 г. европейские телефонные компании, в том числе и крупнейшие (British Telecom, France Telecom, Deutsche Tele-kom), приступить к внедрению DSL, хотя это, по их мнению, должно привести к существенному снижению дохода от таких традиционно предоставляемых ими услуг, как аренда выделен-ных линий и ISDN [44]. С целью компенсации предполагаемых потерь этими операторами были значительно увеличены тарифы для данного вида сервиса. Так, например, British Telecom в нояб-ре 1999 г. увеличил ежемесячную плату за DSL-линию с 50 до 80 дол. США с одновременным понижением скорости с 2 Мбит/с до 511 Кбит/с. Такая политика, по-видимому, не позволит опера-торам телефонных сетей использовать на данном этапе конку-ренции с операторами кабельных сетей свое основное преимуще-ство – более развитую инфраструктуру.

Волоконно-оптические сети доступа

Наряду с технологиями, использующими для организации высокоскоростного доступа пользователей уже существующие инфраструктуры телефонных и кабельных сетей, появилась и развивается технология волоконно-оптических сетей доступа: FTTH (fiber to the home) и FTTB (fiber to the building). Данная технология имеет ряд привлекательных особенностей (табл. 6), таких как более высокая по сравнению с конкурирующими тех-нологиями скорость передачи данных, низкая стоимость эксплуа-тации и нечувствительность к электромагнитным воздействиям.

По данным исследований [55] рынок волоконно-оптических сетей доступа в США увеличился за 4 года более чем в два раза (от 925,5 млн. в 2000 г. до 2538,2 млн. в 2004 г.). Доминирующей группой потребителей на этом рынке в ближайшие годы останут-ся корпоративные пользователи. Уже в настоящее время боль-шинство крупных офисных и производственных зданий имеют волоконно-оптические вводы. Согласно имеющимся оценкам [56], число таких зданий в США составило в 2003 г. 136 тыс. По мере развития рынка волоконно-оптических сетей доступа ожи-дается [55] и изменение его внутренней структуры (рис. 2), в ча-стности, резкий рост сектора, связанного с созданием волоконно-оптических сетей внутри зданий.

Рис. 2. Развития рынка волоконно-оптических сетей доступа (США)

Так же как и в описанном выше случае транспортных сетей, основные тенденции развития рынка городских опорных сетей и сетей доступа аналогичны для Северной Америки и Европы. Об-щее число созданных и обслуживаемых общеевропейскими опе-раторами городских сетей возросло от 1 в 1993 г. до 35 в 1999 г. В течение 2000 г. (рис. 3) в европейских городских сетях смонти-ровано не менее 600 000 км ВОЛС [16], и их протяженность про-должает расти высокими темпами.

Немаловажным стимулом для инвестиций в создание сетей данного типа является и то обстоятельство, что они представляют фактически естественную монополию. В силу специфики данно-го рынка оператор, создавший региональную инфраструктуру во-локонно-оптической сети доступа, обеспечивает себе монополь-ное положение в данном регионе на ближайшие несколько деся-тилетий, так как дублирование этой инфраструктуры является экономически бессмысленным [57].

Рис. 3. Динамика развития европейских волоконно-оптических городских сетей

Перспективы развития волоконно-оптических сетей доступа и распространение технологий FTTH и FTTB во многом будут определяться тем, какая из архитектур сетей доступа станет до-минирующей.

Архитектура городских сетей и сетей доступа

Несколько лет назад международная группа, состоящая из 20 компаний, телекоммуникационных операторов и производите-лей оборудования, в том числе British Telecom, BellSouth, France Telecom Nippon Telegraph and Telephone, GTE и SBS, предприня-ла попытку разработать необходимую спецификацию для воло-конно-оптических сетей доступа, способных обеспечивать пре-доставление широкого спектра телекоммуникационных услуг, требующих как низкоскоростной, так и высокоскоростной пере-дачи данных [58]. В рамках этой инициативы, получившей назва-ние FSAN (Full Service Access Network), были рассмотрены раз-ные стратегии реализации сетей доступа, FTTx : Fiber to the Curb (FTTC), Fiber to the Cabinet (FTTCab), Fiber to the Building (FTTB), Hybrid Fiber Coax (HFC) и Fiber to the Home (FTTH). Предложения FSAN были приняты ITU и существенно стимули-

ровали развитие волоконно-оптических сетей доступа, так как производители оборудования получили в свое распоряжение на-бор необходимых стандартов.

В качестве наиболее перспективной архитектуры комитет FSAN рекомендовал APON (ATM Passive Optical Network). В 1996 – 1997 гг. в результате реализации проекта ЕС PLANET/ ACTS (табл. 3) была разработана несколько отличная архитекту-ра, названная SuperPON [59, 60]. Предложенная модель преду-сматривала [61] синхронную поэтапную эволюцию опорной сети и сети доступа (рис. 4) по мере роста зоны обслуживания, числа пользователей, видов высокоскоростного сервиса и спроса на вы-сокоскоростной доступ.

Рис. 4. Поэтапная эволюция сети доступа

Сравнительно недавно общепризнанной стала точка зрения, согласно которой опорные и транспортные сети должны быть многофункциональными (мультисервисными) и обеспечивать поддержку целого ряда сервисов, включая телефонию, видео и

передачу данных [62]. Реализуя эту концепцию, операторы и производители оборудования инвестировали значительные сред-ства в разработку и создание мультисервисных SONET/ATM-сетей. Однако отчетливо проявляющиеся тенденции, такие как быстрый рост доли IP-трафика, с одной стороны, и интеграция различных видов сервиса на платформе Интернет, с другой, при-вели к появлению кардинально новой концепции архитектуры высокоскоростных сетей доступа, а именно архитектуры, ориен-тированной исключительно на передачу IP-трафика [62, 63]. Дан-ный подход можно рассматривать как распространение на сети доступа описанной выше концепции «оптического Интернет». Реализация этого подхода на практике фактически означает по-явление на региональных рынках нового типа операторов, конку-рирующих с операторами телефонной и кабельной сетей. Не-смотря на относительную новизну данной концепции, в литера-туре уже имеются данные техноэкономического анализа, свидетельствующие о способности сетей доступа нового типа ус-пешно выдержать эту конкуренцию [63, 64].

Высокая инвестиционная активность на рынке высокоскоро-стных сетей доступа стимулировала в 90-х годах значительное число исследований, посвященных разработке методов экономи-ческого анализа этих инфраструктур. В частности, были изучены существующие конкурирующие инфраструктуры и технологии, которые могли бы стать базой для формирования высокоскорост-ных сетей доступа [64 – 66]. Основной задачей на этом этапе яв-лялось определение экономической целесообразности модерни-зации существующих телекоммуникационных инфраструктур и выбор стратегии, минимизирующей инвестиционные риски. Ме-тодология для оценки с этой точки зрения различных техниче-ских решений и стратегий была разработана в рамках проекта TITAN (Tools for Intruduction Scenario and Techno-economic Evaluation of Access Network), программы RACE (Research in Advanced Communications in Europe) Комиссии Европейских Со-обществ [67, 68]. Указанная методология довольно активно ис-пользовалась на практике [69 – 72].

В заключение следует отметить, что наблюдающееся в по-следние годы интенсивное развитие сетей доступа обусловлено не только экономическими причинами, но и социальной значимо-

стью этих инфраструктур. Именно благодаря этому, их развитие поддерживается, в том числе и финансово, городскими и регио-нальными администрациями. О повышении интереса к городским телекоммуникационным инфраструктурам со стороны органов городского и регионального управления свидетельствует, в част-ности, тот факт, что с апреля 1999 г. начал издаваться специаль-ный журнал Journal of Municipal Telecommunications, в котором рассматриваются организационные, правовые и технологические аспекты данной проблемы.

1.3. Тенденции развития приложений и услуг

Основной задачей телекоммуникационной отрасли является предоставление услуг, спрос на которые полностью определяется конечным пользователем. Как уже неоднократно отмечалось вы-ше, в настоящее время ключевым фактором, стимулирующим и направляющим развитие этой отрасли как в технологическом, так и в экономическом плане является возникновение и широкое рас-пространение приложений, требующих передачи больших объе-мов данных с высокой скоростью. Это, в свою очередь, является следствием глобальных процессов конвергенции, протекающих не только на технологическом, но и на экономическом уровне.

На уровне экономики в настоящее время происходит конвер-генция (и даже интеграция) трех ранее независимых рынков: те-лекоммуникационного рынка, рынка информационных техноло-гий, а также объединенного рынка средств массовой информа-ции, т.е. издательского рынка и рынка вещания (рис. 5). Конвергенция протекает на двух уровнях: попарная конвергенция рассматриваемых секторов и их полная интеграция с образовани-ем нового рынка. Как ожидается [73], этот процесс через 10 – 15 лет приведет к формированию телекоммуникационного рынка нового типа. Технологической базой и катализатором процесса конвергенции, как видно из рисунка 5, является Интернет. Более того, современный рынок Интернет рассматривается как микро-модель будущего телекоммуникационного рынка [73].

Рис. 5. Формирование телекоммуникационного рынка нового типа путем конвергенции

По мнению аналитиков [74], на новом рынке доминирующую

роль будут играть мультимедийные приложения и услуги. Для телекоммуникационных операторов подготовка к успешной ра-боте на данном рынке предполагает существенную модерниза-цию инфраструктуры, в том числе и с целью предоставления мультимедийных услуг не только корпоративным пользователям, но и частным лицам. На рисунке 6 приведена одна из моделей ор-ганизации предоставления мультимедийных услуг названным ка-тегориям пользователей [74].

Рис. 6. Модель предоставления мультимедийных услуг различным категориям пользователей

Потенциально наиболее распространенным, гибким и деше-вым механизмом предоставления мультимедийных услуг, несо-мненно, является Интернет. Закрепление за ним этой роли будет определяться тем, насколько быстро и успешно будут решены вопросы, связанные с расширением адресного пространства (раз-дел 3), организацией передачи видео и аудио данных в режиме реального времени, влиянием загрузки каналов на качество изо-бражения и звука, а также способностью сетевой инфраструкту-ры обеспечить передачу необходимого объема трафика. О пер-спективности Интернет в качестве универсальной коммуникаци-онной среды свидетельствует, в частности, ситуация на рынке услуг видеоконференцсвязи. Сегмент этого рынка, связанный с использованием IP-технологий по оценкам экспертов [64] должен расти со скоростью 57%, валовой доход производителей соответ-ствующего оборудования достиг в 2004 г. 235 млн. дол. США. Для систем, базирующихся на ISDN, скорость роста в этот пери-од составит всего лишь 7,7%, а пиковое значение валового дохо-да не будет превышать 170 млн. дол. США.

Рис. 7. Конвергенция аппаратных средств

В заключение следует отметить, что характерной является также конвергенция и интеграция на платформе Интернет суще-ствующих аппаратных средств и электронных систем конечного пользователя (рис. 7). При этом для новых систем типично ис-пользование одного общего интерфейса, а именно World Wide Web [76].

Таким образом, наиболее характерной тенденцией в области современных телекоммуникаций является конвергенция, которая протекает на нескольких уровнях: конвергенция рынков (эконо-мическая конвергенция), конвергенция приложений и конверген-ция аппаратных средств.

1.4. Литература

1. G.-S. Kuo,”Telecommunications Industry Markets: Vision and Poten-tial”, IEEE Communication Magazine , v.36, № 11, pp. 95-96 (1998)

2. Angus Reid Group, Press Release, March 22, 2000, (http://www.angusreid.com/media/content/PRE_REL.cfm)

3. Eddie Rabinovitch, “Your Internet Connection”, IEEE Communication Magazine , v.37, N11, pp.40-42 (1999)

4. University of Texas, “Measuring the Internet Economy” October 1999, (http://www.internetindicators.com)

5. University of Texas, “The Internet Economy Indicators”, (http://www.internetindicators.com)

6. Stephen Saunders and Peter Haywood, “IT at the speed of light -- Opti-cal Networking Is Poised To Change Business Networks-And Their IT Depart-ments-Forever”, TechWeb News, February 07, 2000, Issue: 772, Section: Optical Networks (http://www.techweb.com/)

7. John P. Ryan, February “WDM: North American Deployment Trends”, IEEE Communications Magazine, v.36, N2, pp.40-44 (1998).

8. R. Ramaswami and K.Sivarajan, “Optical Networks: A Practical Pers-pective.” San Francisco: Morgan Kaufmann, 1998.

9. B.Mukherjee, “Optical Communications Networks.” New York: McGraw-Hill, 1997

10. Robert K. Butler and David R. Polson, “Wave-Division Multiplexing in the Spring Long Distance Network”, IEEE Communications Magazine, v.36, N2, pp.52-55 (1998).

11. KMI Corporation, 1999, “FIBEROPTIC NETWORKS OF LONG-DISTANCE CARRIERS IN NORTH AMERICA.” (http://www.kmicorp.com)

12. Communications Industry Researchers, Inc., March 26, 1998, “ WAVE DIVISION MULTIPLEXING, PHOTONIC SWITCHING AND THE COM-ING OF ALL OPTICAL NETWORKS: A MARKET FORECAST AND OPPRTUNITY ANALYSIS.” (http://www.cir-inc.com)

13. Communications Industry Researchers, Inc., October 4, 1999, “ Wave Division Multiplexing, Photonic Switching and the Coming of All Optical Net-works 1999-2000, Volume 1, North American Market Opportunities.” (http://www.cir-inc.com)

14. Ewart Lowe, “Current European WDM Deployment Trends”, IEEE Communications Magazine, v.36, N2, pp.46-50 (1998)

15 KMI Corporation, February 2000, “New Fiber-based Pan European Network Deployments Increased Long Haul Fiber Demand by 300% since 1997.” (http://www.kmicorp.com)

16. KMI Corporation, February 2000, “Networks of Fiber-Based Pan-European Carriers: Market Developments and Forecast.” (http://www.kmicorp.com)

17. Kris Struyve, Nico Wauters and Pedro Falcao, “Application, Design, and Evolution of WDM in GTS’s Pan-European Transport Network”, IEEE Communications Magazine, v.37, N3, pp.46-50 (1998)

18. KMI Corporation, January 11, 2000, “Wave Division Multiplexing, Photonic Switching and Coming of All Optical Networks 1999-2000, Volume 2, International Market Opportunity.” (http://www.kmicorp.com)

19. KMI Corporation, “WORLDWIDE MARKET FOR DENSE WAVE-LENGTH-DIVISION MULTIPLEXING (DWDM).” (http://www.kmicorp.com)

20. Pioneer Consulting, March 1, 2000, “ DWDM Market to Triple” (http://www.pioneerconsulting.com)

21. Nasir Ghani, Sudhir Dixit and Ti-Shiang Wang, “On IP-over-WDM In-tegration”, IEEE Communications Magazine, v.38, N3, pp.72-84 (2000)

22. European Commission, ACTS97 – Advanced Communications and Services. Project Summaries (Ref.No. AC971392-PS)

23. Communications Industry Researchers, Inc., 1998, White Paper “Three Approaches to Optical Networking in an Era of Convergence” (http://www.cir-inc.com)

24. Paul Bonenfant and Antonio Rodriguez-Moral, “Optical Data Network-ing”, IEEE Communications Magazine, v.38, N3, pp.63-70 (2000)

25. Bill St. Arnaud, “Optical networks for the rest of us” (http://www.canet3.net)

26 Bill St. Arnaud, “Overview of the Latest Developments in Optical Inter-nets” (http://www.canet3.net)

27. CANARIE CA*NET 3 News Archives, 1999, (http://www.canet3.net) 28. Amdrew K. Bjerring and Bill St. Arnaud, “Optical Internets and their

Role in Future Telecommunications Systems”(http://www.canet3.net) 29. Miller, G.J., Thompson K., Wilder R., "Wide-Area Internet Traffic Pat-

terns and Characteristics", IEEE Network , v.11, No. 6, (1997). 30. Paxson, V., and Floyd, S. "Wide Area Traffic: The Failure of Poisson

Modeling." IEEE/ACM Transactions on Networking, June 1995 31. Coffman, K.G., and Oldyzko, A., "The size and growth rate of the In-

ternet", 1998. (http://www.research.att.com/~amo/doc/networks.html) 32. A Communication Industry Researchers White Paper, “How Compo-

nent Technology Drives All-Optical Networks.” (http://www.cir-inc.com) 33. Ting Wo Chung, John Coulter, Jeff Fitchett, Sam Mokbel, Bill St. Ar-

naud, “Architectural and Engineering Issues for Building an Optical Inter-net.”(http://www.canet3.net)

34. The Strategis Group, 1998, “Business Branding & Bundling Telecom-munications Services: 1998.” (http://www.strategisgroup.com/press/pubs/)

35. The Strategis Group, 1998 “High-Speed Internet: Demand, Technolo-gy, and Strategy.” (http://www.strategisgroup.com/press/pubs/)

36. http://cyberatlas.internet.com/big_picture/geographics/article/ 0,1323, 5911_159611, 00.html

37. The Strategis Group, Press Release, February 15, 2000, “Residential High-Speed Internet: Cable Modems, DSL, and Wireless Broadband” (http://www.strategisgroup.com/press/pubs/)

38. Communications Industry Researchers, Report “Beyond T1/E1 1999-2000, North American Residential Broadband Access Market Opportunities” (http://www.cir-inc.com)

39. The Strategis Group, 1998, “High-Speed Internet: Demand, Technolo-gy, and Strategy.” (http://www.strategisgroup.com)

40. The Strategis Group, 1998, “ISPs: Market Potential And Business Strategies.” (http://www.strategisgroup.com)

41. CyberAtlas: Hardware, January 19, 2000, “Cable Modem Market Closes Century on a High Note” (http://www.internetnews.com)

42. Cahners In-Stat Group (http://www.instat.com) 43. A Communication Industry Researchers White Paper, “Not By Band-

width Alone: The Management Imperative for Broadband Access.” (http://www.cir-inc.com)

44. William Echikson, “The Broadband Internet Revolution.” European Sources & News, v.4, N12, pp.20-24 (1999)

45. The Strategis Group, 1999, “Internet User Trends.” (http://www. strate-gisgroup.com)

46. Marlis Humphrey and John Freeman, “How xDSL Supports Broadband Services to the Home.” IEEE Network, January/February (1997)

47. Brian Riggs, “DSL rollout hits delay” InternetWeek, 1999, (http://www.cmpnet.com)

48. Cahners In-Stat Group, Press Release, May 4, 1999, “ At long last!... Light at the end of the DSL tunnel.” (http://www.instat.com)

49. Cahners In-Stat Group, Report “The 1999 DSL Market Analysis”, #WN9906BA (http://www.instat.com)

50. Cahners In-Stat Group, Press Release, December 2, 1999 “ISPs Roll-ing-Out xDSL are Creating High-Speed Stampede, Reports Cahners In-Stat Group” (http://www.instat.com)

51. Cahners In-Stat Group, Report ‘The High-Speed Stampede: U.S. ISPs Roll Out xDSL Service Faster than Expected”, #IS9907SP (http://www. in-stat.com)

52. International Data Corporation, “Preparing for Liftoff: U.S. Residential DSL Market Assessment and Forecast, 1998-2003.” (http://www.idc.com)

53. A Communication Industry Researchers White Paper, “ISDN the End of the LINE.” (http://www.cir-inc.com)

54. A Communication Industry Researchers, News Release, July 30, 1999, “ New Multimedia Applications Will Push Residential Broadband Internet Access to Over 31 Million Homes Within 5 Years, Says New Report” (http://www.cir-inc.com)

55. A Communication Industry Researchers, February 10, 2000, "Fiber to the X: The New Market for Fiber to the Desk, Cabinet and Home." (http://www.cir-inc.com)

56. A Communication Industry Researchers White Paper, “Why Optical Networking Will Cost Less in the Future: Four New Product Strategies.” (http://www.cir-inc.com)

57. Ken Poulton, “The Palo Alto Fiber to the Home Trial. A work in Progress.”, Proceedings of CANARIE’s 5th Annual Advanced Networks Work-shop, Toronto, November 29-30, 1999

58. Jeff Hecht, “Fiber Optics to the Home” Technology Review, March/April 2000 (http://www.techreview.com)

59. M. Oskar van Deventer et al., "Architectures for 100 km 2048 Split Bi-directional SuperPONs from ACTS-PLANET," Proc. SPIE Conf. Photonics East, Conf. 2919, All Optical Communication Systems: Architecture, Control, and Network Issues II, invited paper 2919-25, Boston, MA, Nov. 18–22, 1996, pp. 242–51.

60. I. Van de Voorde et al., "Network Topologies for SuperPON," Proc. OFC '97, Dallas, TX, Feb. 16–21, 1997, paper TuK6, pp. 57–58.

61. M. Oskar van Deventer, Yvonne M. van Dam, Peter J. M. Peters, Frank Vermaerke and Andy J. Phillips, “Evolution Phases to an Ultra-Broadband Access Network: Results from ACTS-PLANET.”, IEEE Communications Mag-azine, v.35, N12, pp. 2-7 (1997)

62. Bill St. Arnaud, Discussion Paper, February 4, 2000, “Gigabit Internet to every Canadian School by 2005.”

63. Bill St. Arnaud, Discussion Paper, January 2, 1999, “Gigabit Internet to every Canadian Home by 2005” (www.canet3.net)

64. A. Cook and J. Stern, "Optical Fiber Access -- Perspectives Towards the 21st Century", IEEE Commun. Mag., v. 32, N 2, pp. 78–86. (1994)

65. P. LeBel and R.Oliver, "Residential Broadband Architectures Strategies and Economics", Proc. 7th Int'l. IEEE Wksp. Opt. Access Networks (OAN '95), Nuremberg, Germany, Sept. 24–27, 1995.

66. T. Miki, "Toward the Service-Rich Era", IEEE Commun. Mag., v. 32, N 2, pp. 34–39 (1994)

67. B. T. Olsen et al., "Techno-Economic Evaluation of Narrowband and Broadband Access Network Alternatives and Evolution Scenario Assessment", IEEE JSAC, v. 14, N 6, pp. 1184–1203 (1996)

68. Leif Aarthun Ims, Kjell Stordahl, Borgar Tørre Olsen, “Risk Analysis of Residential Broadband Upgrade in a Competitive and Changing Market”, IEEE Commun. Mag., v. 35, N 6, pp. 96-102 (1997)

69. L. A. Ims et al., "Multiservice Access Network Upgrading in Europe: A Techno-economic Analysis," IEEE Commun. Mag., v. 34, N 12, (1996)

70. B. T. Olsen et al., "PNO and Cable Operator Broadband Upgrade Technology Alternatives: A Techno-Economic Analysis," Proc. Opt. Fiber Conf. 1996 (OFC '96), San Jose, CA, Feb. 25–Mar. 1, 1996

71. B. T. Olsen et al., "Technoeconomic Evaluation of Optical Broadband Access Network Scenarios for the Residential and Business Market," Proc. 21st Euro. Conf. Opt. Commun. 1995 (ECOC '95), Brussels, Belgium, Sept. 14–17, 1995

72. J. Saijonmaa, M. Tahkokorpi, and I.Welling, "Cost of Investment and Revenue Modelling and Analysis of Various Networked Multimedia Services in PTO and Cable Operator Environments", Proc. TELECOM '95, Technology Summit, Geneva, Switzerland, vol. 2, Oct, 3–11, 1995, pp. 629–33.

73. “Beyond The Internet” (http://www.analysys.com) 74. MULTIMEDIA: “Strategic Implications for Telecoms Operators”

(http://www.analysys.com) 75. Wainhouse Research, Publication No.901, October 1999, "Teleconfe-

rencing Markets and Strategies: Multimedia Networking Infrastructure", (http://www.wainhouse.com)

76. Richard Comerford, “Technology 2000 Analysis and Forecast: Compu-ting”, IEEE Spectrum, V. 37 N, 1, pp.45-50 (2000)

2. Современные тенденции в области широкополосных сетей

интегрированных услуг

В настоящее время телекоммуникационная отрасль находит-ся в процессе беспрецедентных изменений в силу того, что эф-фективная передача информации становится ключевым момен-том в развитии современного общества. Конкуренция на теле-коммуникационном рынке заставляет компании предлагать свои услуги по более низким ценам и значительно расширять спектр сервиса. Кроме того, происходит глобализация деятельности опе-раторов связи и значительное усложнение телекоммуникацион-ных инфраструктур, которые при правильном управлении и экс-плуатации должны обеспечивать высокое качество работы ко-нечных пользователей.

Развитие информационных технологий и насыщенность раз-нообразными ресурсами самой массовой информационной сети – Интернет привело к тому, что качественные и количественные характеристики доступа в Интернет, которые были достаточны еще десять лет назад, сегодня уже не могут удовлетворить вы-росшие потребности пользователей. Устаревший способ связи с Интернет с использованием телефонной сети не удовлетворяет, прежде всего, своей низкой пропускной способностью. Даже наиболее совершенные модемы, поддерживающие стандарт V.90, работающие в условиях цифровых АТС и обеспечивающие ско-рость передачи 56 Кбит/с уже недостаточны для тех информаци-онных потоков, которыми оперирует современный пользователь. Кроме того, существующие телефонные сети не были ориентиро-ваны на массовое предоставление услуг по передаче данных и не способны обеспечить необходимую степень надежности. В ре-зультате активного использования телефонной сети общего поль-зования в качестве среды для передачи потоков данных участи-лись случаи перегрузок практически на всех уровнях телефонной архитектуры, начиная с магистральной инфраструктуры и закан-чивая абонентской. Развитие такой технологии, как ISDN, также

не обеспечило выход из этой кризисной ситуации, поскольку абонентская скорость в данной сети составляет всего 128 Кбит/с, а магистральный канал – всего 2 Мбит/с[1]. Все это послужило стимулом к совершенствованию и развитию всех уровней теле-коммуникационной инфраструктуры и всех типов сетей.

Согласно общепринятой классификации конкретная теле-коммуникационная сеть может быть отнесена к одной из катего-рий, каждая из которых предоставляет определенный спектр ус-луг и обслуживает определенный круг потребителей этих услуг.

Обычно выделяют следующие категории сетей: • магистральные сети, задачей которых является предос-

тавление сервиса региональным сетям. Данные сети являются, как правило, сетями национального или международного мас-штаба. В последние годы развитие этой категории сетей проис-ходило опережающими темпами (см. разделы 0 и 0). За счет ис-пользования технологий ATM, SDH и оптического кабеля в каче-стве физической среды были достигнуты скорости порядка 10 Гбит/с;

• региональные сети. Технологически данные сети практиче-ски аналогичны магистральным сетям, за исключением наличия систем доступа к магистральной сети и необходимости взаи-морасчетов с ней по объемам трафика;

• сети абонентского доступа, которые отличаются от пер-вых двух как размерами, так и используемыми технологическими решениями.

Как было показано ранее (раздел 1.2), именно развитие по-следней категории сетей является одним из ключевых факторов формирования нового телекоммуникационного рынка. В данном разделе нами будут рассмотрены технические аспекты создания и эксплуатации сетей доступа, отвечающих современным требова-ниям, а именно широкополосных сетей интегрированных услуг.

На основании анализа тенденций развития различных сетей услуг, а также, принимая во внимание рост инфраструктуры Ин-тернет и экспоненциальное нарастание потоков данных, можно сделать заключение о необходимости конвергенции сетей услуг (см. раздел 1.3.). Поскольку постоянно возникают новые виды услуг и динамично изменяются требования к предоставляемому сервису со стороны пользователей, телекоммуникационная от-

расль вынуждена своевременно и адекватно реагировать на ука-занные изменения либо путем модификации существующих ин-фраструктур, либо путем построения новых.

Одним из важных факторов, влияющих на изменение требо-ваний к телекоммуникационной инфраструктуре, является чрез-вычайно быстрый рост суммарного трафика. При этом существу-ет несколько точек зрения на дальнейшее развитие ситуации.

• Телефонный трафик будет продолжать оставаться ос-новным в телекоммуникационной сети, даже если скорость роста телефонного трафика будет весьма умеренной.

• Рост Интернет-трафика, в особенности экспоненциаль-ный рост IP трафика между конечными терминалами и серве-рами, приведет к тому, что данный вид трафика станет основ-ным. Более того, развитие телефонии поверх Интернет приве-дет к тому, что Интернет станет единой коммуникационной средой, а доля традиционного телефонного трафика будет не-прерывно снижаться.

• Развитие цифрового видео приведет к тому, что связанный с его передачей трафик [2] будет преобладать над всеми други-ми существующими сегодня видами трафика.

Естественно, что телекоммуникационная инфраструктура не-избежно будет оптимизирована под доминирующий вид трафика, а технологии передачи трафика других видов будут адаптирова-ны под использование поверх этой новой инфраструктуру или в случае первого из трех перечисленных сценариев поверх тради-ционной инфраструктуры.

Основными характеристиками трафика всех видов являются: чувствительность к задержке передачи сигнала, скорость потока, длительность потока, возможность буферизации, направленность (симметричность-асимметричность трафика). Характеристики трафика по этим параметрам приведены в таблице 8. Как видно из таблицы, эти характеристики заметно отличаются для различ-ных его видов. Поэтому эффективная передача всех видах трафи-ка, как было уже сказано выше, может быть обеспечена только в мультисервисной сети – сети интегрированных услуг.

Характеристики трафика

Вид трафика

Задержка Скорость потока

Длитель-ность потока

Буфери-зуемость

Направлен-ность

Телефо-ния

Критично 64(Кбит/с) (цифровая телефония)

От не-скольких минут до нескольких

часов

Низкая Симмет-ричный

Интернет Некритич-но

От 28.8 Кбит/с

Несколько часов

Высокая В подав-ляющем

большинст-ве случаев асиммет-ричный

Цифро-вое видео

Некритич-но, хотя

это зависит от кодека

От не-скольких Мбит/с

Несколько часов

Средняя/ высокая

В подав-ляющем

большинст-ве случаев асиммет-ричный

В свою очередь к каждому из предоставляемых видов серви-

са со стороны потребителя предъявляются определенные требо-вания, важнейшими из которых являются гарантируемое каче-ство услуги и величина допустимой задержки передачи инфор-мации.

При этом значение имеет именно гарантия определенного уровня качества услуги, запрошенного пользователем. Это уро-вень отнюдь не обязательно будет всегда очень высоким. Напри-мер, если осуществляется просмотр или прослушивание про-граммы новостей, потребитель, скорее всего, откажется от повы-шенного качества изображения и звука, так как это будет означать повышенную цену услуги.

Из таблицы 8 видно, что критичность к задержкам передачи информации зависит от вида сервиса. Например, если речь идет о телефонной услуге, то задержки, возникающие в процессе теле-фонного разговора, являются неприемлемыми. Однако если речь

идет о получении звукового сообщения на автоответчик, то нали-чие задержек не будет критичным.

2.1. Модели возможных инфраструктур сетей доступа

Основными участниками процессов формирования и экс-плуатации широкополосных сетей интегрированных услуг явля-ются:

• оператор сети, основная функция которого – предоставле-ние каналов связи между поставщиком телекоммуникационных услуг и потребителем;

• поставщик телекоммуникационных услуг, задачей которого является предоставлять заказанный сервис конечным потреби-телям, как корпоративным, так и индивидуальным;

• поставщик телематических услуг; • потребитель. Каждый из перечисленных выше субъектов оперирует с оп-

ределенными элементами сети доступа, имеющими интерфейсы к соответствующим уровням сети. К числу указанных элементов относятся устройство доступа, устройства сопряжения с основ-ной сетью [3]. Архитектура каждого из названных устройств за-висит от типа сети доступа. Основные типы современных сетей доступа будут рассмотрены в последующих разделах.

2.1.1. Предоставление доступа поверх существующей инфраструктуры

Упомянутое выше требование экономии капитальных вложе-ний при создании широкополосных сетей доступа стимулирует максимальное использование унаследованных инфраструктур. Соответствующая модель предусматривает использование ин-фраструктур на базе медных пар и обслуживание «унаследован-ных» пользователей, то есть клиентов телефонной и ISDN сетей.

В данной модели устройство доступа должно базироваться на рекомендациях ITU, соответствующих технологии плезиохрон-ной цифровой иерархии (PDH) [4]:

• удовлетворять базовой скорости передачи (BRA), при этом будет осуществляться модуляция сигнала 2B1Q и общая скорость составит 192 Кбит/с

либо • удовлетворять основной скорости передачи (PRI), при этом

будет осуществляться модуляция сигнала HDB3, а скорость со-ставит 2.048 Мбит/с согласно концепции ISDN.

Однако в России без развитой инфраструктуры ISDN данный вариант с точки зрения экономической эффективности представ-ляется нецелесообразным.

2.1.2. Применение технологии xDSL с использованием существующих медных пар

Данный подход позволяет увеличить пропускную способ-ность в рамках существующей инфраструктуры сети, построен-ной на витых парах без использования регенераторов. Используя новейшие технологии модуляции сигнала: дискретную многочас-тотную модуляцию (DMT), квадратурную амплитудную модуля-цию (QAM), амплитудную модуляцию без обнаружения несущей (CAP), технологию кодирования линий (AMI, 2B1Q, HDB3) [5] на абонентском шлейфе можно достичь скорости асимметричной передачи от 1.5 Мбит/с до 8 Мбит/с для канала данных к абонен-ту и от 16 до 640 Кбит/с для канала данных от абонента. При ис-пользовании ADSL технологии возможна поддержка сервиса “видео по заказу”, при этом поддерживается одновременно два видеоканала с компрессией MPEG1 или один канал с качеством сигнала, соответствующим стандарту NTSC, получаемому с ком-прессией MPEG2.

2.1.3. Предоставление сервиса поверх волоконно-оптических сетей с использованием

широкополосных интегрированных технологий

В случае когда инфраструктура, основанная на медных па-рах, недостаточно развита либо инвестиции в развитие новой ин-фраструктуры экономически оправданы, представляется наибо-лее целесообразным построение и последующее развитие воло-конно-оптической среды передачи данных. Данный подход под-

разумевает развитие технологии FITL (Fiber in the Loop – пассив-ные оптические сети либо активные инфраструктуры типа “звез-да”). В таком случае применительно к передаче голоса, данных и видео должны использоваться принципы широкополосных сетей интегрированных услуг. При этом устройство передачи данных должно иметь возможность принимать до 16x2.048 Мбит/с (480 – максимальное количество 64 Кбит/с каналов) в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.703, G.704 и G.732 и поддерживать транспортную систему на скорости 20 Мбит/с поверх двух одно-модовых оптических волокон с длиной волны 1260 – 1360 нм со-гласно рекомендации G.652 [6].

2.1.4. Гибридная оптоволоконно-медная технология

Если телекоммуникационная инфраструктура основывается на волоконно-оптических кабелях, интерактивное видео и муль-тимедиа приложения предполагается передавать с использовани-ем HFC, FTTC (Fiber-To-The-Curb) либо FTTH (Fiber-To-The-Home) технологий, наиболее удобных для операторов кабельного телевидения и местных операторов передачи данных. Особенно-сти устройств передачи данных для этого метода приведены в таблице 9 [7].

Особенности устройств передачи данных HFC

Поток данных к абоненту Полоса частот МГц 47–862 Усиление Дб 15–34 Импеданс Ом 75 Соотношение сигнал/шум Дб 8

Поток данных от абонента Полоса частот МГц 5–40(30) Импеданс Ом 75

2.1.5. Использование радиошлейфа (RITL)

Данная технология приобретает все большее значение в сис-темах телефонной связи. Беспроводные коммуникационные сис-темы требуют гораздо меньше времени для инсталляции по срав-нению с основанными на проводных технологиях. Мобильность абонентских устройств – это одно из очевидных достоинств дан-ной технологии, которая становится экономически наиболее це-лесообразной на территориях с низкой плотностью потребителей различного вида сервиса. Однако ограниченная пропускная спо-собность радиошлейфа по сравнению с проводными технология-ми ставит ее в ряд технологий для обеспечения доступа к узкопо-лосным сетям интегрированных служб (N-ISDN).

2.1.6. Доступ с использованием спутниковых технологий

Данный вариант сетевой инфраструктуры может использо-ваться для предоставления сервиса большому количеству потре-бителей. Однако при этом должна использоваться цифровая тех-нология для передачи голоса, данных и видео. Это связано с тем, что физические явления, такие как интерференция и отражение сигнала, более критичны для аналоговой передачи. По этим при-чинам устройство передачи для данного варианта должно обес-печивать цифровизацию, компрессию, кодирование, мультиплек-сирование и модуляцию (QPSK или QAM).

Рассмотрим более подробно некоторые из перечисленных технологий.

2.2. Сети кабельного телевидения

В 1996 году началось стремительное расширение спектра ус-луг, предоставляемого операторами сетей кабельного телевиде-ния. Возможность использования инфраструктуры кабельного телевидения, чрезвычайно развитой в США и многих странах Ев-ропы, не только для трансляции телевизионных передач, но и для

предоставления интегрированных телекоммуникационных услуг, включая передачу данных, голоса, цифрового видео, представля-лась весьма привлекательной. Технологически при передаче дан-ных физический уровень решает задачу отображений цифровых потоков данных на аналоговые процессы, происходящие в физи-ческом мире. Волна, как известно, характеризуется следующими основными параметрами: частота, амплитуда и фаза. При этом для передачи данных используется модуляция волнового сигнала, то есть изменение частоты, фазы и амплитуды. Символы, переда-ваемые по сети, могут иметь несколько состояний, количество которых зависит от выбранной системы модуляции. Обычно ско-рость передачи символов в секунду совпадает с частотой несущей в герцах. Число передаваемых бит в секунду равно n-кратной скорости передачи символов в секунду [8], где n=log 2 N, а N – ко-личество состояний символа. Канал не может поддерживать ско-рость большую, чем диапазон его рабочих частот. Таким образом, канал кабельного телевидения с полосой частот 6МГц имеет верхний предел в 6 Мбод. Некоторые кабельные системы исполь-зуют 64-арное кодирование линии, называемое 64QAM. 64=2**6, поэтому теоретический предел такого канала будет составлять 36 Мбит/с (2**64=((2**2)**6)*6Мбод). В случае применения моду-ляции DPSK максимальная скорость передачи данных от станции к модему, может достигать 10 Мбит/с. Дело в том, что сигналы от станции к модему и от модема к станции передаются в различных полосах частот. При передаче данных от станции к модему дан-ные модулируются стандартной для телевизионных сигналов частотой, на которую накладывается несущая частота (от 42 до 750 МГц). Такой сигнал передается кабельной системе вместе с сигналами кабельного телевидения и не мешает передаче теле-программ. Значительно сложнее обеспечить высокое качество обратного сигнала от модема к станции. Это связано с тем, что в обычной дуплексной кабельной сети обратный сигнал может пе-редаваться на частотах от 5 до 40 Мгц. Этот сигнал подвержен влиянию радиопомех, в том числе неиспользуемые абонентские шлейфы или некачественное соединение коаксиальных кабелей. Поскольку кабельная сеть имеет древовидную структуру, все па-разитные шумы из ее сегментов препятствуют распространению обратного сигнала. Некоторые производители используют DPSK

модуляцию для передачи в прямом направлении, так как данный метод более устойчив к зашумленным средам передачи. Однако это понижает скорость передачи.

Обычно операторы кабельного телевидения доводят аналого-вый телевизионный сигнал поверх волоконно-оптической инфра-структуры до границы сети точек распространения сигнала, а да-лее он распространяется поверх коаксиального кабеля. Как пра-вило, каждый узел коммутации коаксиального кабеля может обслуживать от 200 до 500 абонентов. Согласно исследованиям AT&T типичный сеанс передачи данных к пользователю, полу-чающему текстовую и графическую информацию (за исключени-ем потокового аудио и видео), имеет среднюю скорость 40 Кбит/с. Причем длительность данного сеанса равняется при-мерно 3 минутам, а для обратного потока данных требуется поло-са около 4 Кбит/с. При этом процесс получения данных характе-ризуется высокой буферизацией, или, иными словами, достаточ-но короткие периоды высокоскоростного получения информации чередуются с длительными периодами простоя канала связи. Ис-ходя из этого, а также учитывая то, что только 30 – 50 % пользо-вателей активны в пиковое по нагрузке на сеть время, специали-сты AT&T делают вывод о том, что для телевизионного канала шириной 6МГц допустимое количество абонентов, не сказываю-щееся на качестве обслуживания, может достигать 420 [9].

На сегодняшний день HFC технология может рассматривать-ся как компромисс между стоимостью и пропускной способно-стью. В будущем, скорее всего, волоконно-оптический кабель будет приходить непосредственно к конечному пользователю (более подробно данный вопрос рассматривается в разделе 4). Функционально гибридные сети состоят из следующих компо-нент: оптическая сеть, оптические модуляторы и демодуляторы, коаксиальная сеть с расположенными на ней конечными точками разветвления кабеля, частотные разделители и собственно або-нентские устройства – оборудование телевизионных каналов и кабельные модемы. Кроме передачи по своим сетям телевизион-ных каналов и данных операторы сетей кабельного телевидения планируют активно развивать услуги телефонии пока в режиме коммутации аналоговых каналов. Однако по мере совершенство-

вания технологии IP-телефонии следует ожидать, что она начнет активно использоваться операторами КТВ.

Говоря о развитии сетей КТВ, необходимо остановиться на проблеме стандартизации в этой области.

2.2.1. Стандартизация сетей кабельного телевидения

В 1994 году комитет IEEE 802 по локальным и городским се-тям организовал рабочую группу по созданию стандарта для пе-редачи данных через сети традиционного кабельного телевиде-ния. Рабочая группа 802.14 должна была объединить требования к данному стандарту всех заинтересованных сторон, включая стандарты, разработанные в Европе – спецификации группы цифрового видеовещания (DVB) и Совета по цифровому аудио и видео (DAVIC). Кроме того, стандарт должен был включать ал-горитмы компрессии передаваемых видеосигналов движущихся изображений, разработанные группой экспертов (MPEG-2). Ини-циаторами разработки проекта DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), созданного впоследствии компанией Cable Television Laboratories (CableLabs) – американской научно-иссле-довательской организацией, занимающейся разработками в об-ласти кабельного телевидения (КТВ), выступили четыре круп-нейших оператора КТВ в США – TeleCommunications (TCI), Time Warner Cable, Comcast, and Cox Communications, создавшие хол-динг Multimedia Cable Network System (MCNS) [10]. В декабре 1996 года вышел первый вариант стандарта DOCSIS.

Основанный на Интернет протоколе DOCSIS обеспечивает передачу с постоянной скоростью таких видов сервиса, как голос и видео в сетях HFC. Независимо от работы комитетов IEEE802.14 и DOCSIS, DAVIC опубликовал свою спецификацию в декабре 1995 года. Эта спецификация была частично использо-вана группой DVB при подготовке стандарта для Европы. 20 марта 1998 года Исследовательская группа N 9 (разработка стандартов в области кабельного телевидения) МСЭ приняла ре-комендацию J112, которая фактически является международным стандартом на кабельные модемы.

В основу новой рекомендации положен проект DOCSIS. Стандарт J112 определяет методы модуляции и протоколы, кото-рые должны поддерживать кабельные модемы и оборудование передачи данных на узлах операторов КТВ. Рекомендация J112 включает три приложения, которые отвечают требованиям трех основных регионов мира – Северной Америки, Европы и Японии (Азии). EuroCableLabs, научно-исследовательский центр, рабо-тающий под эгидой Европейской Ассоциации кабельного теле-видения (European Cable Communications Association, ECCA), вы-пустил летом 1998 года рекомендацию по стандарту (RFP) на ка-бельные модемы, полностью базирующуюся на технологии DVB\DAVIC. Таким образом, члены ECCA выразили свое жела-ние иметь в качестве стандарта на кабельные модемы европей-ские спецификации, а не те, что закреплены в североамерикан-ском отраслевом стандарте DOCSIS.

В настоящее время около 30 компаний работают над обору-дованием для передачи данных по сетям кабельного телевидения (КТВ), которое базируется на стандарте DOCSIS. Среди них ли-деры сетевой индустрии Cisco, Bay Networks и 3Com, а также крупнейшие производители бытовой электроники Sony, Samsung, Thomson, NEC и Panasonic. С другой стороны, максимум дюжина компаний разрабатывает DVB-модемы, например, COCOM, Simac и Hughes Network Systems. Благодаря большим объемам производства и жесткой конкуренции между поставщиками, DOCSIS-продукты дешевле и совершеннее. В результате многие европейские операторы КТВ могут сделать ставку именно на DOCSIS-продукты, даже если они и будут считать DVB-устрой-ства технически более передовыми. Как известно, телевизионные технологии в Северной Америке и Европе имеют исторически сложившиеся отличия. Европейские вещатели передают телеви-зионный сигнал по 8-МГц каналам в форматах PAL или SEKAM, а в американских сетях кабельного телевидения используются 6-МГц каналы и формат NTSC. Трансляция программ цифрового телевидения и передача данных в прямом канале (к абоненту) осуществляется как в Северной Америке, так и в Европе с помо-щью многопозиционной амплитудной модуляции (64/256 QAM) на основании рекомендации МСЭ J.83, однако при этом исполь-зуются разные алгоритмы исправления ошибок: в первом случае

согласно Приложению В к рекомендации J.83, во втором случае – Приложению А. Для преодоления этих разногласий, как уже ука-зывалось выше, МСЭ принял в марте 1998 года рекомендацию J.112, согласно которой DOCSIS-модемы на физическом уровне и при доступе к среде (MAC) должны были поддерживать Прило-жение А. Однако протоколы MAC и физического уровня техно-логии DVB для обратного канала (от абонента) не были включе-ны в рекомендацию J.112.

По мнению экспертов американской исследовательской ком-пании Kinetic Strategies причины разногласий между DVB и DOCSIS заключаются в нежелании традиционных европейских операторов КТВ, которыми владеют национальные телефонные монополии, распространять кабельные модемы, поскольку те не-сут потенциальную угрозу их основному бизнесу. Напротив, но-вые независимые операторы КТВ, атакуя монополистов, часто стремятся к развертыванию DOCSIS-систем передачи данных в своих сетях.

Проблему несовместимости оборудования различных стан-дартов можно проиллюстрировать на следующем примере: IEEE802.14 и DAVIC спецификации основываются на MPEG-2 с использованием в качестве транспортной среды режима асин-хронного переноса (ATM). В результате оборудование, изготов-ленное каждое по своей спецификации, несовместимо.

2.2.2. Особенности архитектуры сетей кабельного телевидения

Архитектура кабельной сети может быть симметричной и асимметричной. В случае симметричной архитектуры, как уже было сказано выше, оба сигнала – прямой и обратный – переда-ются по одному кабелю. Применению симметричной архитекту-ры препятствует ряд ее существенных недостатков:

• устанавливать высокоскоростную связь через симметрич-ную кабельную сеть сложно и дорого, так как обратная переда-ча сигнала выполняется неэффективно;

• прямая передача сигнала сильно влияет на обратную, так как вся информация передается по одному каналу;

• маршрутизация и безопасность рассматриваются как внешние элементы системы.

Поэтому производители кабельных модемов иногда отдают предпочтение асимметричной архитектуре, обладающей опреде-ленными преимуществами, такими как:

• возможность применения в сетях беспроводного доступа, поскольку обратную связь со станцией чаще можно организо-вать с помощью телефонного канала или ISDN;

• возможность создания канала с минимальной разницей скоростей прямой и обратной передачи сигнала;

• минимальные требования к организации обратной передачи сигнала;

• разделение прямого и обратного канала дает возможность использовать существующее оборудование для передачи данных от станции к пользователю.

2.3. Сети на основе абонентской линии – xDSL

Необходимость в высокоскоростных видах сервиса, таких как доступ в Интернет и видеоконференции, привела к развитию тех-нологий, традиционно связанных с услугами ТфОП. Проблемы, возникающие при высокоскоростной передаче данных через або-нентские соединительные линии, связаны, прежде всего, с физи-ческими особенностями данных линий. При этом определяющим параметром является коэффициент полезного действия линии – отношение скорости передачи данных (биты/с) к полосе пропус-кания (Гц). При этом существует два основных фактора, влияю-щих на КПД – межсимвольная интерференция и уровень шума. Из закона Шеннона следует, что КПД аналогового голосового канала для соотношения сигнал/шум=30 дБ равен примерно 10 бит/с/Гц [11]. Из сказанного выше следует, что обычные ана-логовые модемы не способны вести высокоскоростную передачу.

В таблице 10 приведены характеристики основных способов передачи данных на абонентской линии.

Т а б л и ц а 1 0

Основные способы передачи данных на абонентской линии

Протокол абонентско-го устрой-ства

Скорость передачи данных

Моду-ляция

КПД по-лосы пропус-кания

Возможные приложения

V.34 33.6 Кбит/с TCM Около

11б/с/Гц Передача данных

V.90 56 Кбит/с TCM Около

18б/с/Гц Передача данных

ISDN BRI 144 Кбит/с 2B1Q 2 б/с/Гц 2B + D

HDSL 2048 Кбит/с 2B1Q 2 б/с/Гц

Каналы Е1/T1, доступ к локальным или гло-бальным сетям, дос-туп к корпоративным базам данных

SDSL 768 Кбит/с 2B1Q 2 б/с/Гц То же самое, что и HDSL, но по одной паре

ADSL (Полоса

пропускания до 1 МГц)

К абоненту 1.554 – 8.448

Мбит/с От абонента

16 – 640 Кбит/с

CAP/DMT

Около 8 б/с/Гц

Доступ в глобальные и локальные сети, мультимедийные базы данных и видео по запросу

VDSL (Полоса

пропускания до 30 Мгц)

К абоненту 13 – 52 Мбит/с

От абонента

CAP/DMT

< 4 б/с/ГцТо же, что и ADSL, а также телевидение высокой четкости

ISDN решения, как уже говорилось выше (2.1.1), помимо ма-

лой распространенности в России, также не дают ощутимого эф-фекта. Поэтому для использования существующей инфраструкту-ры абонентских окончаний, построенной на медных парах, нет другой альтернативы, кроме DSL решений. Повышенный интерес к абонентским линиям обусловлен высокоразвитой инфраструкту-рой сетей на основе медных пар. На сегодняшний день более 800 миллионов медных линий [12] проложены по всему миру. С

точки зрения владельцев этих линий, прокладка новых линий – волоконно-оптических или коаксиальных – представляется неоп-равданно дорогостоящей. По предварительным данным, например в США, только 7% от общего числа абонентских телефонных ли-ний будет заменено новыми видами физической среды – коакси-альными кабелями или волоконно-оптическими. Именно это об-стоятельство дало толчок к развитию целого семейства DSL-технологий.

Существует несколько факторов, позволяющих DSL обору-дованию передавать данные со скоростями, намного превосхо-дящими скорости стандартных аналоговых модемов. Во-первых, пара аналоговых модемов должна передавать данные по теле-фонной сети общего пользования, причем длина канала зависит от местонахождения конечных точек. Наоборот, DSL оборудова-ние функционирует между помещением абонента и ближайшей к нему АТС, а это, как правило, не превышает 3.5 – 5 километров. Во-вторых, аналоговые модемы ограничены спектром частот, в которых они работают (0 – 4кГц), а модемы DSL могут использо-вать 1МГц или больше в силу установки их на шлейфе из медных пар на абонентской линии.

2.3.1. Виды xDSL технологий

В настоящее время семейство xDSL включает в себя сле-дующие технологии [13]:

IDSL – реализация в оборудовании DSL ISDN BRI интерфей-са, при этом аналоговая телефония не предусматривается, по-скольку телефонная связь осуществляется по цифровым каналам ISDN.

HDSL – симметричная абонентская цифровая линия со ско-ростью до 1.544 Мбит/с (T1 предоставляется по двум парам) или 2.048 Мбит/с (Е1 предоставляется по двум или трем парам), при этом длина линии может достигать 4 км. HDSL модемы работают с использованием 2B1Q или CAP-64/CAP-128 модуляции. Отсут-ствие поддержки аналоговой телефонной линии компенсируется возможностью передачи речи в цифровом виде через интерфейсы E1. В технологии HDSL имеется возможность увеличить даль-

ность передачи за счет применения повторителей, кроме того, благодаря стандартной ширине спектра передачи (80 – 240 Кгц), повторители одного производителя совместимы с оборудованием HDSL другого производителя.

SDSL – модификация HDSL, работающая по одной паре. Системы SDSL обеспечивают дуплексную передачу потока до 2048 Кбит/c на расстояние примерно до 3.7 км.

VDSL (Very high rate DSL) технология должна обеспечивать скорость потока данных к абоненту около 52 Мбит/с на расстоя-нии около 300 метров, около 25 Мбит/с на расстоянии около 1 км и скорость потока данных от абонента 1.5 Мбит/с. Это может быть применено на участке медной проводки в системах FTTx между устройством волоконно-оптической сети и узлом абонента.

ADSL – асимметричная DSL – дальнейшее развитие HDSL. Обеспечивает передачу по электрическому кабелю потоков до 8 Мбит/с в одном направлении и до 640 Кбит/с в другом.

Поскольку в семействе DSL-технологий именно технология ADSL ориентирована на быстро растущий (см. введение) сектор рынка – абонентов жилого сектора – и вследствие этого наиболее быстро совершенствуется, остановимся на ней более подробно.

2.3.2. Технические принципы ADSL

Существует два основных решения для инсталляции ADSL: DMT как стандарт ANSI и CAP [14]. Модуляция САР очень по-хожа на QAM, описанную в разделе, посвященном КТВ (проис-ходит модуляция двух несущих с последующей их комбинацией). Основное отличие в том, что в CAP ортогональная модуляция сигнала производится дискретно, используя два фильтра с одина-ковой амплитудой и разницей фаз в 90°. DMT – частотное муль-типлексирование, где каждый канал имеет полосу в 4 Кгц и обес-печивает передачу данных 0 – 15 б/с/Гц, исключая каналы, ис-пользующиеся для синхронизации.

Число установленных устройств, работающих с CAP моду-ляцией, растет гораздо быстрее, чем DMT-систем. Так, в 1998 го-ду было установлено около 250 000 устройств с CAP модуляцией

и только около 10 000 с DMT. Указанное соотношение сохраня-ется и до настоящего времени.

ADSL технология должна обеспечивать 3.1 Кгц канал для пе-редачи голоса, или, другими словами, телефонии. При этом дан-ная телефонная линия должна оставаться работоспособной даже в случае отказа ADSL оборудования. Для этого должны исполь-зоваться так называемые сплиттеры с частотными фильтрами. ADSL линия обеспечивается парой модемов – ADSL передающее устройство на узле доступа и ADSL передающее устройство на стороне абонента. Терминальное оборудование, такое как TV set-top box или персональный компьютер подсоединяется к первич-ной абонентской сети. Узел доступа может подсоединяться через мультиплексор доступа DSL к локальной компьютерной сети (LAN), ATM сети или любой другой сети. Об одной из модифи-каций ADSL – универсальной ADSL или ADSL lite – будет рас-сказано ниже. На рисунке 8 представлена типовая структурная схема ADSL системы. В силу технологических особенностей ка-ждый символ, передаваемый при CAP модуляции, требует всю ширину полосы пропускания, в результате импульс шума высо-кого уровня и высокочастотный шум будут приводить к ошиб-кам. С другой стороны, при DMT модуляции эти эффекты значи-тельно ниже, но и скорость передачи также значительно ниже. И DMT и CAP модуляции могут варьировать скорости передачи данных по каналу в зависимости от состояния линии, благодаря чему появилась технология RADSL – Rate-adaptive ADSL. Одна-ко в то время, как DMT модуляция может увеличивать/умень-шать скорость передачи с шагом 32-64 Кбит/с, CAP может это делать, начиная только с 640 Кбит/с.

Технология ADSL наиболее привлекательна для операторов уже существующих сетей с разветвленной инфраструктурой на медных проводах. Однако ограничение по скорости позволяет данной технологии обеспечивать только передачу голоса, данных и видеоизображения не очень высокого качества. Цифровое теле-видение высокого разрешения требует около 20 Мбит/с на канал даже в случае MPEG компрессии.

Рис. 8. Типовая структурная схема ADSL системы

2.3.3. Стандарты в ADSL

Согласно рекомендации H.261 передача видеоизображения производится на скорости около 1.3 Мбит/с. Исходя из этого для передачи “видео по запросу”, включающего видео- и аудиопото-ки, достаточно 1.5 Мбит/c. При этом от пользователя передаются только контрольные данные. Это обстоятельство послужило предпосылкой для создания ADSL технологии.

На сегодняшний день создано два варианта технологии ADSL – это собственно ADSL в том варианте, который описан выше (ANSI T1.413 и ITU-T G.922.1) и G.lite (ITU-T G.992.2). Главные отличительные особенности G.lite перечислены в доку-менте G.922.2. В частности, в этом документе содержится ин-формация, касающаяся совместимости оборудования различных производителей и отсутствия частотных разделителей на або-нентской линии.

G.922.1 определяет максимальную скорость передачи данных 6144 и 640 Кбит/с для прямого и обратного каналов соответст-венно. При этих скоростях спектр обратного канала может распо-лагаться в диапазоне 25-138Кгц, а спектр прямого канала не дол-жен превышать частоту 1074 Кгц. Кабельная система должна обеспечивать на верхней частоте затухание не более 60 дБ.

G.922.2 определяет максимальные скорости передачи прямо-го и обратного канала, сниженные до 1536/256 Кбит/с, а верхний частотный диапазон – до 522кГц [15].

При этом конечное оборудование устанавливается непосред-ственно в помещении абонента и его использование сходно с ис-пользованием обычного модема для аналоговых телефонных ли-ний. В условиях России это особенно актуально, поскольку на унаследованных российских АТС конструктивно невозможна ус-тановка дополнительного оборудования, в частности сплиттеров. Установка сплиттеров в помещении абонента означает необхо-димость их сопровождения специалистами служб телефонной се-ти. Это значительно снижает темпы внедрения данной техноло-гии. Вообще говоря, сплиттер необходим для предупреждения интерференции между ADSL сигналами и сигналами устройств, использующих звуковую полосу частот (факсы, телефоны и т. д.). Кроме того, теоретически сигналы (голос и данные), передаю-

щиеся по ADSL, могут воздействовать на аналоговые устройства, так как для последних характерно наличие нелинейных искаже-ний. Кроме того, может наблюдаться эффект обратного влияния аналоговых устройств на ADSL. Альтернативой может быть ис-пользование устройств со встроенным сплиттером. Однако уста-новка такого рода устройств сопряжена со значительным объе-мом работ и финансовых затрат.

Перечисленные выше факторы стимулировали появление «компромиссного», с точки зрения операторов телефонных сетей и производителей оборудования, стандарта G.922.2 (G.lite)

Поскольку устройства G.lite не содержат сплиттеров, ско-рость передачи данных зависит не только от длины абонентского шлейфа, но также от состояния проводки в помещении абонента и подключенных аналоговых устройств. В соответствии с тем, что G.lite устройства не имеют возможности предотвращать ин-терференцию между ADSL и аналоговыми сигналами, G.lite мо-дем резко уменьшает уровень сигнала, как только обнаруживает, что аналоговое устройство подключается к линии (например, поднимается трубка телефона). Это, в свою очередь, предъявляет достаточно жесткое требование к ADSL модему по такому пара-метру, как быстрое переустановление соединения на более низ-кой/высокой скорости. G.lite модем должен быстро возвращаться к той скорости, на какой он работал до вмешательства аналогово-го оборудования.

2.3.4. Адаптация ATM к ADSL

Несколько лет назад стала популярна идея адаптации ATM технологии к ADSL. В частности, ADSL-форум принял документ TR-12, в котором описаны основные принципы ADSL архитекту-ры, основанной на ATM [16].

Говоря о сети доступа, необходимо отметить следующий мо-мент: очень важно сконцентрировать как можно большее количе-ство абонентских линий в едином сетевом интерфейсе, так как каждый WAN интерфейс является весьма дорогостоящим. Схема мультиплексирования, при которой высокая концентрация при гарантированном, индивидуально определяемом качестве обслу-

живания будет особо важна для сетевых операторов, которые смогут предоставлять сервис, дифференцируя его, в зависимости от оплаты. Если реализуется архитектура с применением ATM, то устройство доступа к DSL – Digiatl Subscriber Line Access Multiplexor (DSLAM) функционирует как ATM мультиплексор. Для реализации режима SVC на DSLAM возлагаются требования по обеспечению терминирования протокола сигнализация ATM для каждого потребителя ADSL и поддержке сигнализации стан-дартного UNI (user-network interface) интерфейса. В этом случае мультиплексоры доступа DSL подключаются к пограничным коммутаторам ATM. Описанная DSL архитектура базируется на ATM сети. Более подробно об ATM технологии будет рассказано в следующем разделе (раздел 2.4). Здесь мы ограничимся конста-тацией того факта, что с применением архитектуры “ATM over DSL” покупатели сервиса получают доступ к широкополосным услугам с гарантированным качеством сервиса. Использование данной архитектуры даёт следующие преимущества [17]:

• протокольная прозрачность – сеть не зависит от исполь-зуемого на 3-м уровне протокола (IP, IPX и т. д.). Это весьма существенно и с точки зрения лицензирующих органов;

• поддержка различных классов качества обслуживания и возможность гарантированных уровней качества обслужива-ния – ATM даёт возможность сетевому оператору дифферен-цировать сетевые услуги, основанные на качестве сервиса, про-писанному в описании пользователя или параметрах приложе-ний;

• масштабируемость полосы пропускания ATM – перенос масштабируемости ATM на адаптацию скорости соединения DSL позволяет оптимизировать использование абонентских ли-ний;

• перспективная замена использующейся DSL технологии бо-лее совершенной – поскольку ATM физически независимая техно-логия, то в перспективе можно заменить DSL на VDSL.

Приведенная архитектура является одним из возможных ре-шений для сети интегрированных услуг [18].

Подытоживая все сказанное выше, необходимо отметить следующие преимущества DSL, ставящие её на одно из первых

мест в ряду возможных вариантов организации сетей доступа [19]:

• DSL позволяет операторам телефонных компаний исполь-зовать накопившиеся за многие годы кабельные емкости для обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет, корпора-тивные сети и интерактивных услуг поверх обычных телефон-ных линий. DSL дает возможность предоставлять широкопо-лосные услуги нового поколения поверх существующих сетей операторов телефонной связи.

• DSL делает возможным предоставлять услуги, которые требуют режима реального времени, а также интерактивные мультимедийные услуги и видео вещание. Например, совместная работа над документами, видеоконференции, дистанционное образование и видео по заказу.

• Существуют все необходимые стандарты и рекомендации, обеспечивающие совместимость DSL оборудования и позволяю-щие массовую торговлю DSL оборудованием.

• DSL позволяет поставщикам услуг обеспечивать гаранти-рованную скорость передачи или, по крайней мере, адаптирую-щуюся скорость передачи с усилиями не больше, чем это было при обычных аналоговых модемах.

• ADSL позволяет использовать одну линию для новых видов услуг (передачи данных) и для телефонии.

• DSL дает возможность операторам предоставлять выде-ленный защищенный канал связи между ISP и пользователем.

• Данные передаются по линии абонента, а не по всей сети с коммутацией каналов.

• Скорость не зависит от интенсивности работы других потребителей, поскольку линия передачи используется только одним потребителем.

• DSL всегда находится в режиме соединения аналогично стандартному телефону, поэтому нет необходимости осуще-ствлять операцию инициализации соединения.

• Уже достаточно оборудования DSL испытано и запущено в серийные производство, кроме того, многие операторы уже имеют достаточный опыт инсталляции DSL.

• Сети, основанные на технологии DSL, прозрачны для про-пуска поверх них ATM или IP трафика

• DSL представляет собой унифицированный интерфейс к любым новым сетевым технологиям без построения новой ин-фраструктуры.

В настоящее время уровень цен на DSL услуги значительно ниже, чем на традиционные цифровые соединения. Для сравне-ния: каналы Т1 стоят от 900 до 2 000 дол. США в месяц, в то вре-мя как DSL обходится от 90 до 200 дол. США [20].

2.4. Оптоволоконные сети с применением ATM

Конвергенция средств коммуникаций, а также бурное разви-тие Интернет, как уже говорилось ранее, поставило традицион-ных телекоммуникационных операторов перед нелегкой задачей выбора базовой технологии для построения мультисервисной се-ти. Тенденция к превращению Интернет в унифицированную среду коммуникаций для любых видов трафика проявляется все более отчетливо, однако имеющиеся в Интернет отрицательные факторы – задержка передачи сигнала и потери данных – значи-тельно затрудняют эту задачу. Представляется, что внедрение ATM как единственной технологии, обеспечивающей гарантиро-ванное качество обслуживания, может сегодня сделать выполни-мой задачу построения мультисервисной сети в глобальном мас-штабе [21].

2.4.1. Краткая характеристика ATM

В настоящее время имеются следующие категории сервиса ATM: CBR, rt-VBR, nrt-VBR, UBR, ABR.

Характеристика каждой из категорий приведена в таблице 11.

Характеристика категорий сервиса ATM

Катего-рия

Параметры трафика Параметры QoS

Другое PCR, CDVTPCR

SCR, MBS, CDVTSCR

MCRPk-

to-pk CDV

Max CTD

CBR Да Нет Нет Да Да Да Нет rt-VBR Да Да Нет Да Да Да Нет nrt-VBR Да Да Нет Нет Нет Да Нет UBR Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет ABR Да Нет Да Нет Нет Нет Обрат-

ная связь

GFR Да MFS,MBS Да Нет Нет Нет Нет Примечания: CBR – постоянная скорость соединения rt-VBR – изменяемая скорость соединения с поддержкой режима ре-

ального времени nrt-VBR – изменяемая скорость соединения без поддержки режима

реального времени UBR – неспицифицированная скорость соединения ABR – доступная скорость соединения GFR – гарантированная передача кадров PCR – пиковая скорость передачи ячеек SCR – среднедопустимая скорость передачи ячеек MCR – минимальная скорость передачи ячеек

Для того чтобы предоставлять гарантированное качество об-служивания, ATM сеть нуждается в достаточной информации о входящем трафике. Данная информация содержится в параметрах трафика, которые устанавливаются в момент инициализации со-единения. Во время каждой инициализации соединения устройст-во управления устанавливает категорию трафика, управление бу-ферами памяти и время выполнения циклов передачи для каждого передающего устройства. В случае если все устройства в сети на пути следования трафика подтверждают заказанное качество об-служивания, требование принимается, в противном случае – от-вергается. Высокопроизводительная сеть с гарантированным каче-ством обслуживания (QoS) может быть построена только при ус-ловии конвергенции на уровне маршрутизации и коммутации,

или, другими словами, при условии конвергенции двух наиболее популярных протоколов, использующихся в современных сетях – ATM и IP. На сегодняшний день IP имеет достаточно мало средств для предоставления QoS на мультисервисной сети [22]. С другой стороны, ATM весьма сложна для инсталляции её на рабочем мес-те пользователя. Поэтому одним из возможных путей будет инте-грация IP маршрутизации и ATM коммутации. Интегрированная таким образом IP-ATM технология позволит мигрировать от сети с коммутацией каналов к сети с коммутацией пакетов. Это дока-зывает опыт построения прототипа сети нового поколения в США – vBNS (very high-performance Backbone Network Service), основанной на технологии ATM. Однако сегодня ATM использу-ется в режиме отдельных постоянных виртуальных каналов в ка-честве транспортной среды для IP маршрутизаторов, а это только небольшая часть возможностей ATM. Интегрированные IP-ATM коммутаторы должны обеспечивать предоставление различного IP сервиса, определяемого полями в заголовках IP пакетов “тип сер-виса”, по разным логическим виртуальным путям, имеющим раз-личный уровень QoS. Это должно, в свою очередь, обеспечиваться протоколами сигнализации (PNNI). Еще одним из направлений деятельности в данной области является развитие протокола ком-мутации при помощи меток (MPLS). Более того, ведется работа по постепенному замещению стандартных ATM протоколов прото-колом MPLS, который должен стать универсальным протоколом интегрированной IP-ATM сети.

2.4.2. Некоторые экономические аспекты ATM сервиса

Происходящая либерализация в сфере телекоммуникаций и рост Интернет в сочетании с развитием широкополосных сетей интегрированных услуг дает новые перспективы для представи-телей сервиса с точки зрения продажи их услуг. Существующие на сегодняшний день затраты на телекоммуникационные услуги зависят от расстояния, продолжительности сеанса связи и време-ни дня. Интенсивный рост трафика данных в цифровых телефон-ных сетях подталкивает операторов сетей к более рациональной модели тарификации услуг. Для сервис-провайдеров Интернет

ситуация незначительно отличается, поскольку их тарифы осно-вываются на месячной оплате и повременной оплате трафика. Это сказывается на финансовых потерях, связанных с недоста-точным количеством классов обслуживания. Данную ситуацию может исправить ATM, которая имеет все необходимые качества для предоставления сервиса различного класса. Более того, име-ется программное обеспечение для подсчета трафика по каждому клиенту. Передача информации может осуществляться с различ-ной скоростью и с различной степенью гарантии доставки, при-чем эти параметры определяются самим пользователем. Данной проблематике был посвящен целый ряд проектов Европейской комиссии, основная идея которых приведена ниже.

Перед тем как потребитель получает сервис, он подписывает-ся на услуги сервис-провайдером, и это выражается в предвари-тельном сервис контракте. Этот контракт является коммерческим соглашением о предполагаемом использовании телекоммуника-ционного сервиса. Кроме того, заключается контракт о длитель-ности сеанса. Для каждого сеанса могут быть различные трафик-контракты, каждый из которых является соглашением по исполь-зованию выделенного виртуального пути или виртуального кана-ла. Оплата взимается в соответствии с любым из перечисленных контрактов.

Для правильного понимания и анализа схемы оплаты необ-ходимо определить модель, в которой будут присутствовать главные элементы, определяющие схему оплаты. Модель вклю-чает следующие компоненты:

• параметры оплаты, которые квалифицируют количест-венные характеристики использования сервиса;

• тарифные параметры, которые ставят в соответствие цены за использования каждого устройства и суммы стоимостей использования инфраструктуры для каждого пользователя;

• атрибуты, определяющие параметры, связанные с качест-вом обслуживания;

• функция оплаты, например, для выделенного соединения с определенной скоростью передачи:

C = PC + PA(Q)*PCR*t [23], где C – величина оплаты, зависящая от:

– двух параметров PCR и t, обусловленная максимальная ско-рость передачи ячеек и время соединения;

– двух тарифных параметров PC и PA(Q), стоимость уста-новки соединения и цена за время использования устройства и его полосу пропускания;

– атрибута Q, определяющего уровень качества обслужива-ния.

Для ATM возможны различные схемы оплаты (см. табл. 12). Оплата для определенной скорости передачи – DBR. Данный вид услуги определяется PCR и QoS. Когда DBR соединение устанав-ливается, остаточная для него полоса пропускания резервируется на всем пути следования от вызывающего абонента до вызывае-мого в режиме CBR. В этом случае нет необходимости подсчи-тывать используемую емкость.

Различные схемы оплаты ATM

Услуга Компонента оплаты

Установ-ка

Используе-мая емкость

Зарезервирован-ная емкость

Статистиче-ская емкость

DBR v v SBR v v ABR v v v UBR (v) v

Оплата для статистической скорости передачи в режиме ре-

ального времени – SBR. Определяется PCR, SCR и QoS. Когда SBR соединение устанавливается, достаточная полоса пропуска-ния также резервируется, но уже в режиме VBR.

Оплата для доступной скорости передачи – ABR. Характери-зуется MCR, PCR и QoS. Когда ABR соединение устанавливает-ся, полоса пропускания резервируется “из конца в конец” в ре-жиме ABR. MCR при этом гарантируется.

Во всех перечисленных видах услуг присутствует гарантия доставки данных.

Оплата для неспецифицированной скорости передачи дан-ных – UBR. В данном случае нет гарантий ни на один параметр соединения.

Для того чтобы проиллюстрировать схемы оплаты, приведем несколько примеров, сведенных в таблицу 13.

Примеры схем оплаты ATM сервиса

Прило-жение

Действия Характе-ристика сессии

ATM тра-фик-конт-ракт

Парамет-ры сессии

Тариф, $/Mb

Опла-та, $

Видео-почта

Посылка видео сообщения

15-Мб ви-деоклип

UBR Получен-ных ячеек =312500

0.0002 0,024

Письмо с докумен-том

Посылка до-кумента средствами e-mail

1.5-Мб файл

UBR Получен-ных ячеек =312500

0.0002 0,0024

Голосо-вая связь

3-минутный телефонный разговор

16-Кбит/с компрес-сия голоса

CBR PCR = 42 cells/s

0.1 0,29

Высокое качество

20-минутная видео-конференция

H.261 384-Кбит/с компрес-сия видео

CBR PCR = 1000 cells/s

0.1 46

Быстрая и качест-венная работа с WWW

20-минутная быстрая пе-рекачка дан-ных без по-терь

30 – 50 Кб изображе-ний и 100-Кб текст

ABR MCR = 41.6 cells/s

0.005 0,09.6

Обычная работа с WWW

20-минутная работа с WWW

30 – 50 Кб изображе-ний и 100-кб текст

UBR Получен-ных ячеек = 33333

0.0002 0,0026

Гаранти-рованная доставка архив-ных дан-ных со скоро-стью 34 Мбит/с

2-Гб архив данных

20 Гбайт передано меньше, чем за 10-минут

ABR MCR = 80.188 cells/s

0.005 92

2.5. Беспроводные технологии

Основные аргументы сторонников беспроводной связи вы-глядят следующим образом:

• широкополосную беспроводную связь можно быстрее раз-вернуть;

• она более гибко адаптируется к меняющимся требованиям полосы пропускания;

• широкополосная беспроводная связь гораздо дешевле, чем оптоволоконная связь;

• оптоволоконные кабели подведены менее чем к 10 процен-там зданий.

У широкополосной беспроводной связи есть определенные недостатки. Развертывание такой сети занимает мало времени, но при большом числе абонентов затраты становятся значительны-ми. Беспроводной канал связи является частью сетевой инфра-структуры провайдера, обычно его называют «беспроводным абонентским каналом» (wireless local loop).

Спрос на полосу пропускания десятикратно возрастает каж-дые пять лет. Недавно спектр радиочастот был распродан на аук-ционных торгах международным операторам стационарной бес-проводной связи (fixed-wireless carriers), а новая технология раз-работки сетевой инфраструктуры помогла существенно снизить затраты на развертывание таких сетей. Неудивительно, что мест-ные операторы телефонной связи (LECs – Local Exchange Carriers) не могут удовлетворить спрос на каналы класса T1 (с пропускной способностью 1.544 Мбит/с) и более производитель-ные услуги. Хотя широкополосная беспроводная связь не может заменить собой другие технологии доступа (например, оптоволо-конную связь и цифровые абонентские линии), согласно исследо-ваниям маркетинговой фирмы The Strategis Group Inc. (Вашинг-тон, округ Колумбия), ей удалось захватить свыше 12 процентов всего рынка широкополосной связи. К 2003 г. в США выручка от реализации услуг составила 5 млрд дол. США [24].

Обсудим специфику широкополосной связи. Скорость пере-дачи данных может составлять от 128 Кбит/с до 155 Мбит/с. Со-единения со скоростью передачи данных, соответствующей кана-лу T1 либо кратной T1, сейчас являются ходовым товаром, но со-

временные технологии вполне могут обеспечить гораздо более высокие скорости, например, DS-3 (45 Мбит/с) или OC3 (155 Мбит/с). Ассортимент предоставляемых услуг включает ме-стную и международную телефонию, подключение к частным се-тям и доступ в Internet. Для предоставления услуг операторы ис-пользуют различные частоты. Большое значение имеет тип ис-пользуемого радиочастотного спектра. Некоторые диапазоны частот лицензируются, некоторые – нет. Работа в диапазонах час-тот 2.4 и 5 ГГц не лицензируется, поэтому провайдеры могут раз-вернуть обслуживание абонентов в этом диапазоне быстро и не-дорого (поскольку они не обременены расходами на лицензиро-вание). Однако в настоящее время нелицензированная полоса частот по совокупности значительно уступает лицензированной полосе. Например, нелицензированная полоса частот в диапазоне 2.4 ГГц предлагает радиочастотный спектр шириной всего в 80 МГц, что составляет менее 10 процентов от ширины полосы, выделенной для службы LMDS, отсюда и меньшее количество абонентов, которое может поддерживать нелицензируемая полоса частот. Кроме того, поскольку нелицензированные полосы частот доступны всем, пропускная способность каналов может быть ни-же, если несколько провайдеров начинают предлагать конкури-рующие услуги в одном и том же районе. Например, если на од-ной территории будут работать два провайдера услуг Internet (ISP – Internet Service Provider), пропускная способность их сетей может составить половину от нормальной.

Однако, несмотря на эти ограничения, такие услуги могут быть очень привлекательными для малых и средних фирм по причине чрезвычайно конкурентоспособных цен. Что касается низкочастотных диапазонов, в которых предлагается использо-вать относительно большую полосу пропускания, то следует от-метить диапазон частот 2.5 ГГц, в котором работает многока-нальная многопунктовая распределительная служба MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service). Служба MMDS име-ет полосу пропускания шириной в 200 МГц, а поскольку этот диапазон лицензирован, здесь отсутствуют проблемы помех от других провайдеров. Ряд провайдеров услуг Internet используют полосу частот службы MMDS для обслуживания предприятий малого и среднего бизнеса, в некоторых случаях, применяя ком-

бинированный подход, – беспроводной канал от сервера до кли-ента и коммутируемую телефонную сеть общего пользования (PSTN – Public Switched Telephone Network) от клиента до серве-ра. Вообще же низкочастотный диапазон предусматривает боль-ший радиус действия, максимум до 52 км. Более высокие частоты (24 ГГц и выше) иногда называют миллиметровым диапазоном – по длине радиоволн. Лицензированные полосы частот в этом диапазоне гораздо шире, и на частотах порядка 28 ГГц (диапазон службы LMDS) операторы могут работать с полосой, имеющей ширину более 1 ГГц. При использовании методов модуляции, обеспечивающих эффективную пропускную способность от 1 бит/с (четырехпозиционная QAM, Quadrature Amplitude Modulation – квадратурная амплитудная модуляция) до 4 бит/с (64-позиционная QAM) на 1 Гц частоты, в полосе шириной в 1 ГГц), можно реализовать совокупную пропускную способность до 4 Гбит/с (с учетом издержек на кодирование). Естественно, эта скорость разделяется среди потребителей и между соседними со-тами зоны обслуживания либо участками из нескольких таких сот, называемых секторами. На этих более высоких частотах дальность связи (протяженность соединения) уменьшается почти до трех километров. Операторы беспроводной широкополосной связи в диапазоне LMDS могут работать в густонаселенных го-родских территориях. Они выбирают конкретные муниципальные районы, устанавливают концентратор на расположенном посреди района здании и начинают предлагать обслуживание, используя линии связи с двухточечным либо радиально-узловым соедине-нием абонентов. Ключевым вопросом здесь является «визирная линия» (line of sight), поскольку сигналы не могут проникать че-рез здания либо другие сооружения (то же самое имеет место во всех рассматриваемых диапазонах частот).

Оператор решает с владельцами зданий вопрос о размещении оборудования удаленного доступа (remote-site equipment), кото-рое состоит из небольших антенн и устройств сопряжения, под-ключаемых к стандартным телефонным или сетевым линиям. Да-лее оператор предоставляет свои услуги лицам, снимающим по-мещения в здании, используя традиционные физические разъемы и интерфейсы связи. Очевидно, операторы нацеливаются на зда-ния, которые не охвачены оптоволоконными линиями. Чтобы

свести к минимуму расходы на получение доступа к крышам, операторы заключают сделки с крупными риэлторскими фирма-ми, чтобы получить доступ сразу к большому числу зданий. Про-вайдеры услуг Internet, предлагающие нелицензированный диапа-зон частот (или MMDS), следуют другой стратегии. Благодаря более низким частотам, они могут обслуживать зоны с большим радиусом, что позволяет им быть нацеленными на предприятия малого бизнеса в более отдаленных участках, а также на пользо-вателей домашних офисов. Линии связи могут быть двухточеч-ными (point-to-point) или радиально-узловыми (point-to-multipoint). При таком развертывании потребитель обычно поку-пает радиооборудование для удаленного доступа. Независимо от технологического решения самые большие трудности для широ-комасштабного развертывания таких сетей кроются в наличии необходимого оборудования и затратах на одного абонента. На-пример, базовые станции для диапазона службы LMDS стоят примерно 250 000 дол. США, плюс 3 000 дол. США на одного абонента (плата за один порт – port charge) на удаленном узле.

2.5.1. Особенности архитектуры беспроводных сетей доступа

Линия до потребителя в сетях беспроводного доступа имеет стандартные сетевые интерфейсы (например, E1/T1, дробный E1/T1, дробный T3 и 10/ 100Base-T). С точки зрения пользовате-ля, данная сеть неотличима от проводной сети, а со стороны опе-ратора используются такие стандартные интерфейсы, как DS-3 или OC3 ATM для связи с другими сетями. Воздушный канал – это участок, который подвергается наибольшим изменениям, по-этому различные поставщики работают над различными подхо-дами. Ширина полосы частот радиосигналов в канале связи варь-ируется в интервале от 10 до 50 МГц, хотя сегодня для разверты-вания типична цифра 10 МГц. Данная частота представляет собой лишь малую часть общего портфеля радиочастот, имеющегося у оператора. Оператор должен планировать свои частоты с осто-рожностью, так как ему может понадобиться большое количество перекрывающихся концентраторов в некоторой географической зоне, которые не мешают друг другу. Вдобавок, концентраторы

могут делить свои зоны охвата (обслуживания) на секторы, каж-дый со своим радиоканалом. Такие секторы, как правило, колеб-лются по угловой ширине от 15 до 90 градусов. Оператор должен обеспечить рациональное сочетание затрат на развертывание с пропускной способностью, так как использование методов моду-ляции с большей спектральной эффективностью дает в результа-те сокращение зоны охвата. В технологии радиально-узловых (point-to-multipoint) сетей ведутся разработки ключевого значе-ния. Сегодня в большей части широкополосных беспроводных сетей применяется метод двухточечного соединения абонентских узлов: каждое соединение использует выделенное интерфейсное и радиооборудование как на узле концентратора, так и на уда-ленном узле. Но в случае радиально-узловой сети зонный луч или пучок (coverage beam), идущий от концентратора, высвечивает ряд разных зданий. Каждому зданию выделяются определенные временные слоты согласно методу множественного доступа с временным уплотнением каналов (TDMA – Time-Division Multiple Access). Аналогично действуют сотовые сети IS-136 и GSM (сети глобальной мобильной связи – global system for mobile communications). Поскольку радиооборудование на узле концен-тратора связывается с множеством удаленных узлов, радиально-узловая архитектура представляет собой более эффективную схему физического соединения аппаратуры, нежели архитектура двухточечных соединений. Однако в случае выбора радиально-узловой архитектуры сложность оборудования оказывается зна-чительно выше; то же относится и к затратам на оборудование, так как поставщики пытаются окупить свои расходы на его раз-работку. Фактически развертывание радиально-узловой сети се-годня дороже сети двухточечной. Метод TDMA не только откры-вает путь для радиально-узловой архитектуры. Он позволяет опе-ратору распределять различные доли полосы пропускания между разными потребителями на динамической основе. При динамиче-ском распределении полосы пропускания операторы могут пред-лагать услуги с постоянной скоростью передачи битов (CBR – Constant Bit Rate) и с переменной скоростью передачи битов (VBR – Variable Bit Rate) по различным тарифам. Заказчики, ко-торым требуется определенная пропускная способность, могут оплатить обслуживание повышенного качества. Заказчики, же-

лающие получить переменную полосу пропускания, получают скидку. Конечный результат – более широкий выбор услуг. С точки зрения потребителя метод двухточечного соединения ни-чем не отличается от метода радиально-узлового соединения. Но в настоящее время услуги радиально-узловой связи ни один опе-ратор не предлагает.

Кольцевая топология

Несмотря на преимущества радиально-узловой архитектуры, некоторые операторы и поставщики сетевого оборудования рабо-тают над более простым методом «последовательного соедине-ния узлов». В соответствии с данным методом в муниципальных зонах (районах) создаются большие кольца из множества двухто-чечных линий между зданиями. С помощью воздушного канала OC3 (или возможно более мощного) операторы могут развернуть обслуживание абонентов аналогично оптоволоконной связи при помощи мультиплексоров, осуществляющих добавление сигна-лов к общему потоку и их извлечение из общего потока (типа «add/drop»). Построение кольца также позволяет провайдеру ус-луг предложить увеличенную надежность путем внесения избы-точности. Это предложение оставляет операторам свободу выбо-ра: они могут предпочесть метод последовательного соединения узлов для первоначального обслуживания и затем, по мере уве-личения спроса и снижения затрат, перекрыть начальную схему радиально-узловой архитектурой. Нужно учитывать еще пробле-му распределения спектра радиочастот между соединениями «концентратор-удаленный узел» и «удаленный узел-концентра-тор». Традиционно для этого применялась дуплексная передача с частотным уплотнением (FDD, Frequency-Division Duplex), где для передачи в противоположных направлениях используются разные частоты. При этом способе на каждое направление пере-дачи выделяется фиксированная полоса частот. Альтернативным способом является передача с временным уплотнением (TDD, Time-Division Duplex). В соответствии с этим методом одна и та же полоса частот используется для передачи от клиента на сервер и от сервера к клиенту. В течение короткого промежутка времени (2 мс в одной системе) концентратор передает сигналы на уда-

ленный узел, а остальное время концентратор принимает сигналы с удаленного узла. Достоинство такого метода состоит в том, что система может динамически регулировать ширину полосы про-пускания, выделенной для связи от клиента к серверу и от серве-ра к клиенту, просто меняя временное соотношение между двумя линиями связи. Кроме того, использование лишь одной частоты не только упрощает планирование частот, но и делает возмож-ным применение определенных радиочастот (например, частота B полосы LMDS). Такие полосы частот могут создать проблемы для дуплексной передачи с частотным уплотнением (FDD). Дело в том, что полоса пропускания недостаточно широка для того, чтобы обеспечить разнесение рабочих частот на необходимый частотный интервал (называемый «защитной» полосой guard band) между передающей и принимающей частотами за прием-лемую цену. При дуплексной передаче с временным уплотнением (TDD), которая использует только одну частоту, такая проблема не возникает. Большим преимуществом метода TDD является гибкость обслуживания. Поскольку трафик данных обычно явля-ется несимметричным, метод TDD приводит к более эффектив-ному использованию имеющегося спектра частот и в принципе к снижению цен на услуги или, по меньшей мере, к повышению рентабельности для оператора. Это также позволяет действовать так, как делают многие провайдеры услуг Internet, – осуществ-лять подписку для большего числа абонентов, чем одновременно может быть обслужено. Другими словами, суммарная ширина полосы частот, проданной абонентам, может превысить магист-ральное подключение оператора. Метод TDD делает это возмож-ным, обеспечивая динамическое распределение мгновенной по-лосы частот среди потребителей.

2.5.2. Спектр оказываемых услуг

Следует сказать, что операторы лучше всего оснащены обо-рудованием для обработки потоков со скоростями от дробных T1-каналов до нескольких T1-каналов. Однако на двухточечных линиях связи они могли бы предложить также скорости, соответ-ствующие групповому каналу T3 либо OC3. В то время как ли-цензированные операторы могут распределять сотни мегагерц

спектра радиочастот, операторы с нелицензированным спектром имеют меньшую суммарную пропускную способность. Их полоса пропускания также не обязательно гарантируется; для некоторых заказчиков это вполне приемлемо, но для многих других пользо-вателей это может быть неудовлетворительно. Каналы радиосвя-зи, спроектированные в расчете на прямое исправление ошибок (forward-error correction), дают частоту ошибок, сравнимую с проводными или оптоволоконными соединениями. Что касается ухудшения качества услуг из-за дождя или снега, то операторы принимают этот фактор во внимание, используя максимально на-дежное соединение для этого конкретного географического ре-гиона. Поставщики гарантируют коэффициент надежности обо-рудования 99.995 – 99.997 процентов. В каждом случае разверты-вание всей системы стационарной беспроводной связи осуществляется единым владельцем оборудования. Следователь-но, давление со стороны стандартов незначительно, и большин-ство решений поставщиков являются фирменными. Тем не менее ведутся разработки ряда стандартов, включая стандарт IEEE 802.16 (который определяет требования к физическому уровню и уровню управления доступом к среде для систем беспроводной широкополосной связи). Это происходит потому, что чаще всего развертывание системы широкополосной беспроводной связи производится с участием одного-единственного поставщика. Стандарты могут дать операторам больше возможностей выбора, но это не столь важно. Поскольку оборудование стационарное, ему не приходится взаимодействовать с несколькими сетями, как это происходит с сотовой связью.

2.6. Перспективы наиболее динамично развивающихся

технологий доступа

Анализ возможностей различных описанных выше технологий не оставляет сомнений в возрастании конкуренции на рынке широ-кополосных сетей интегрированных услуг. В области опорных се-тей развитие телекоммуникаций так или иначе связано с ATM [25] (хотя это утверждение можно поставить под сомнение – подробнее

в разделе “новое поколение транспортных технологий”). В то же время в области сетей доступа, по крайней мере в ближайшие не-сколько лет, для городских сетей развернется соревнование между сетями на основе DSL и сетями CATV. Однако как уже говорилось выше, сети операторов телефонной связи в настоящее время не со-всем готовы к использованию DSL технологии.

Например, в США около 50 % абонентских линий сегодня не поддерживают DSL со скоростями, которые могут сравниться со скоростями кабельных модемов. Около 56 миллионов домов се-годня имеют широкополосный доступ благодаря кабельным мо-демам и только 6 миллионов при помощи DSL [26]. Кроме того, операторы кабельного телевидения ведут достаточно агрессив-ную политику, предоставляя своим пользователям такой вид сер-виса, как цифровое телевидение. Единственное, что может изме-нить ситуацию – более активное внедрение VDSL технологии, но для этого необходимы значительные затраты на сокращение дли-ны медной линий путем внедрения оптоволокна. Внедрение но-вых технологий на уровне физического канала также позволяет развиваться опережающими темпами именно HFC сетям [27]. Здесь имеется в виду WDM – мультиплексирование по длине волны (о ней будет более подробно рассказано в главе “Новое поколение транспортных технологий”).

Большинство опорных сетей базируются на DWDM техноло-гии с целью передавать как можно больше потоков информации. Оптическая коммутация или маршрутизация используется ис-ключительно для защиты трафика, передающегося при помощи стандартных технологий, таких как ATM, SONET/SDH или но-вейшего – POS (packet-over-SONET).

С другой стороны, в сети доступа трафик, исходящий из мно-жества источников, таких как коммутаторы, видеосервера и т. д., может быть агрегирован вместе, транспортирован в главную об-служивающую зону и затем направлен к пользователям. Обратный трафик может следовать по тому же пути, но в противоположном направлении. Причем транспортировка трафика происходит без изменения его формата, т.е. конечное устройство может отправ-лять данные как в аналоговом виде (QAM модуляции), так и в цифровом. Три новейшие модификации DWDM расширят воз-

можности HFC технологии – многоформатная DWDM, пассивная оптическая маршрутизация и DWDM оверлейная технология.

Многоформатная DWDM является средой для передачи тра-фика, модулированного в различных форматах, включая аналого-вое видео, QAM64, QAM256, передаваемого по одному волокну.

Пассивная оптическая маршрутизация позволяет разделять, перенаправлять и комбинировать сигналы различной природы и маршрутизировать их независимо к конечной группе пользовате-лей в многоадресном формате [28].

DWDM оверлейная технология следует сути HFC сети дос-тупа, использует мультиплексирование по частоте для комбини-рования различного трафика от разных источников на различных длинах волн на одном фотоэлементе.

Преимущества использования перечисленных DWDM техно-логий:

• Резкое увеличение пропускной способности. Пользователь получает возможность высокоскоростного доступа в Интер-нет, телефонную связь, видео по заказу одновременно со скоро-стями более 20 Мбит/с в дополнение к существующим 550 – 750 Мгц широковещания.

• Использование DWDM позволяет уменьшить количество оборудования, которое должно быть расположено на стороне концентратора. Это, в свою очередь, упрощает общий процесс управления сетью.

• Последующие внедрения новых схем компрессии сигналов, форматов модуляции или протоколов передачи данных могут производиться без изменения сети.

2.6.1. Один из возможных вариантов плана выделения каналов

при мультиформатной DWDM-HFC сети

В связи с высокой чувствительностью к помехам аналоговые каналы располагаются в спектре длин волн 1530 – 1560 нм. Циф-ровой трафик располагается ниже 1540 нм. Кроме того, распола-гая аналоговые каналы в конце спектра длинных световых волн, а цифровые каналы в конце спектра коротких длин волн, интерфе-

ренция между высокоуровневыми аналоговыми каналами поряд-ка 30 дБ и цифровыми низкоуровневыми каналами минимальна.

В итоге можно сказать следующее: в конце 1998 – начале 1999 года особенно бурно стала развиваться технология WDM, в результате чего порядок скоростей, существовавших как на опорных сетях, так и на сетях доступа, базирующихся на техно-логии “оптоволокно в дом”, вырос в несколько раз. С другой сто-роны, с 1997 года стало наблюдаться динамичное развитие новых стандартов и технологий в области приложений, базирующихся на протоколе IP. Эти два фактора привели к совершенно новой идеологии в области построения широкополосных сетей интег-рированных услуг, которая изложена в разделе “Новое поколение транспортных технологий”.

2.6.2. Недостатки дешевых высокоскоростных технологий доступа –

DSL и кабельных модемов

К числу основных недостатков, общих для технологий высо-коскоростного доступа с использованием унаследованной инфра-структуры, относятся:

• Теоретически достижимый предел скорости передачи дан-ных на несколько порядков ниже, чем у волоконно-оптических линий (раздел 4). Например, большинство xDSL решений, реалии-зованных сегодня, не способны обеспечить скорость выше 6 Мбит/с.

• На практике пропускная способность и кабельных моде-мов, и xDSL решений оказывается ниже, чем ожидалось при их установке. Особенно это проявляется у кабельных модемов, где пользователи разделяют полосу пропускания. Кроме того, ка-бельные модемы обеспечивают только узкополосный обратный канал, что неприемлемо для корпоративных клиентов.

• Корпоративные пользователи в больших компаниях требу-ют гарантированного качества обслуживания, но лишь немногие операторы кабельного телевидения и xDSL-сетей могут это обеспечить.

• Программное обеспечение и оборудование для мониторин-га, которое должно обеспечивать контроль со стороны пользо-вателя, качество предоставляемой ему услуги либо слишком до-рого, либо слишком примитивно, либо отсутствует.

2.7. Пример успешной реализации сетей доступа

Одним из примеров успешных реализаций широкополосных сетевых инфраструктур и сетей доступа может служить сеть Син-гапура – SingAREN. Как известно, Сингапур – первая в мире страна, где была построена национальная широкополосная сеть [29]. В 1997 году была принята национальная концепция, одной из основных идей которой было построение сетей доступа на ос-нове ADSL или кабельных модемов для частных лиц и на основе ATM для корпоративных клиентов. Основной целью SingAREN является доступ к высокоскоростным интерактивным мультиме-дийным ресурсам для частного сектора, корпоративных клиентов и образования на всей территории Сингапура. Результатом этой инициативы стал консорциум, в котором компании 1-Net Pte Ltd. отводилась роль провайдера опорной национальной сети, Singapore Telecom, телекоммуникационный оператор – лидер по проблеме абонентских линий, Singapore Cable Vision, оператор кабельного телевидения и несколько Интернет сервис-провайде-ров. Опорная инфраструктура SingAREN поддерживает общую пропускную способность порядка 100 Гбит/с, сети доступа на ба-зе ADSL и кабельных модемах – 5-10 Мбит/с. Топологически SingAREN является звездой, в центре которой находится так на-зываемый GigaPOP, включающий в свой состав высокопроизво-дительные коммутаторы ATM и маршрутизаторы. В качестве сигнального протокола применяется MPOA (Multi-Protocol Over ATM). В последнее время ведутся работы по внедрению IPv6.

1. Amitava Dutta-Roy, “Btingning Home The Internet”, IEEE Spectrum Magazine, March 1998

2. C.-J. Van Driel, “The (R)evolution of Access Networks for the Informa-tion Superhighway”, IEEE Communications Magazine, June 1997

3. M. Bakmaz and Z.Petrovich, “ Access Networks Architectures Compari-son and Development Scenarios”, Proc. XIV Sci./Prof Symp. Novel Postal and Telecommun. Technologies , Belgrad, Yugoslavia, December, 1996

4. M. Jankovich and Z. Petrovich , “Access Networks Target Infrastruc-ture”, Proc. 4th IEEE International Conf. Multimedia Comp. and Sys., Ottawa, Canada, June 1997

5. M. Jankovich and Z. Petrovich , “Scenarious for Building Global Infor-mation Infrastructure in Developing Countries”, Proc. ICT’98, Greece, June 1998

6. T.Kwork, “ A vision for Residential Services: ATM –to-the-Home”, IEEE network Sept./Oct. 1995

7. M. S. Lee, “ Digital Optical CATV Network: An Integrated Service Network for CATV, POTS and N-ISDN”, Technology Summit, Telecom’95, vol.2., Geneva, Switzerland, 1995

8. “Introduction to CATV netwroking”, http://www.cablemodem.com 9. http://www.cablelabs.com 10. Amitava Dutta-Roy,”Cable – it’s not just for TV”, IEEE Spectrum

Magazine, May 1999 11. Zdislaw Papir, Andrew Simmonds, Competing for Throughput in the

Local loop, IEEE Communications Magazine, May 1999 12. S. Dixit, “Data Rides High on High-Speed Remote Access”, IEEE

Communications Magazine, January 1999 13. W.Y.Chen, “DSL: SimulationTechniques doe Digital Subscriber Line

System”, Indianapolis, IN: Macmillan, 1998 14. R. Baines, “ Discrete Multitone (DMT) vs. Crrierless Amplitude/Phase

(CAP) Line Codes”, Analog Devices Inc. Whitepaper, http://www.analog.com 15. The Development and Standardization of Asymmetric Digital Sub-

scriber Line, Walter Y. Chen , IEEE Communications Magazine, May 1999. 16. Residential Broadband Architecture over ADSL and G.lite

(G.922.2):PPP over ATM, Timothy C. Kwok, IEEE Communications Magazine, May 1999

17. T. Starr, K. Maxwell, “ADSL Access Networks” http://www.adsl.com 18. ADSL Forum whitepaper, http://www.adsl.com 19. J. Harrison, E. Fife, F. Pereira, R. Worthington, “ADSL: Prospects and

Possibilities”, http://ww.adsl.com 20. High speed access: DSL Gets a boost, Barbara DePompa Reimers

http://www.techweb.com

21. Technology 1999. Analysis & Forecast, Linda Geppert & William Sweet

22. ATM vs. Internet Protocol, Ashraf Dahod, IEEE SPECTRUM January 1999

23. Charging for ATM services, Donal Morris, Verus Pronk, IEEE com-munications Magazine, May 1999

24. Broadband wireless access: be ready to newer life, Peter Rysavy, Data Communications, January 2000

25. P.Demeester, T.Wu, N. Yoshikai, “Survivable Communication Net-work”, IEEE Communications Magazine, August 1999

26. Defending the Internet Revolution in the Broadband Era: When Doing Nothing is Doing Harm, Fransois Bar, Stephen Cohen, Peter Cowhey, Brad De-Long, Michael Kleeman, John Zysman, A Communication Industry Researchers August 1999

27. A Communication Industry Researchers White Paper, “How Compo-nent Technology Drives All-Optical Networks”(http://www.cir-inc.com)

28. HFC access networks take DWDM in new directions, Don Sipes Scien-tific-Atlanta Inc, November 1998, www.techweb.com

29. SinAREN:The Sinapore Advanced Research and Education Network, Lek-Heng Ngoh, Francis S.C. Yeoh, Manjeet Singh, IEEE Communication Magazine, November 1998

3. IPv6. Необходимость и методика перехода

3.1. История вопроса

3.1.1. История возникновения и развития протокола IPv6 и мотивация его разработки

Возникновение и первоначальное развитие протокола IP (Internet Protocol) осуществлялось в рамках первых исследова-тельских сетей начала 70-х годов [1], однако за последнее деся-тилетие IP превратился в основной протокол сетевого уровня (раздел 1.3). Это означает, что поверх IP осуществляется огром-ное количество разнообразных телекоммуникационных взаимо-действий, каждое из которых к тому же может предъявлять весь-ма специфические требования к IP-сети. Современный масштаб глобальной IP-сети таков, что проявились такие фундаменталь-ные ограничения, которые были заложены при разработке основ IP-протокола 2 – 3 десятилетия назад, когда общее количество узлов составляло всего несколько десятков. В 70-е годы рост Се-ти был приблизительно линейным (рис. 9). Если бы такие темпы сохранились, то сейчас Сеть насчитывала бы не более 1 000 уз-лов. Однако в первой половине 80-х годов линейный характер роста постепенно сменяется экспоненциальным, и на рубеже 80-х и 90-х годов рост Сети определенно приобрел характер взрыва. Действительно, в 1981 году в Сети насчитывалось всего около 200 узлов [2], а по состоянию на март 2000 года – более 75 млн.

Одновременно с развитием и усложнением сервисов сети ви-доизменялась и несущая технология – Интернет протокол (IP). Со временем IP претерпевал множество модификаций, которые су-щественно улучшили многие его параметры. Однако быстрота и перспективы дальнейшего роста сети поставили перед IP-протоколом, который используется в настоящее время, ряд не-разрешимых проблем:

• истощение адресного пространства; • рост маршрутных таблиц;

• отсутствие встроенных механизмов обеспечения «качест-ва обслуживания»;

• отсутствие встроенных механизмов автоконфигурации хостов;

• отсутствие встроенных средств безопасности; • неэффективность механизмов поддержки мобильных уст-

ройств.

Рис. 9. Рост числа устройств, подключенных к Интернет: 1969 – 1999 гг.

Для устранения обозначившихся недостатков IP-протокола Проблемная группа проектирования Интернет (IETF – Internet Engineering Task Force) разработала спецификации IP-протокола следующего поколения, известного как «IPng», или «IPv6». Вне-дрение протокола IPv6 является одновременно и насущной зада-чей, и долгосрочной перспективой для сетевых администраторов и операторов сетей общего пользования. С одной стороны, про-дукты, поддерживающие IPv6, уже появились на рынке, с другой стороны, доработка и усовершенствование IPv6, вероятно, будет

продолжаться и дальше. Несмотря на то, что в основе IPv6 лежат необходимые доработки прежней версии протокола IP (IPv4), IPv6 следует воспринимать как новый протокол, который станет прочным фундаментом современных сетей.

Поскольку новый протокол должен заменить прежний прото-кол IP (IPv4), IPv6 представляет большой интерес для бизнеса, потребителей услуг и операторов доступа к Сети. При разработке IPv6 ставилась задача предложить более эффективные решения проблем масштабируемости, безопасности, автоконфигурации и сетевого управления, чем те, которые возможны в рамках IPv4. Решение вышеназванных проблем играет ключевую роль для по-вышения конкурентоспособности и эффективности любого биз-неса, использующего сетевые технологии (раздел 1.3).

Активными сторонниками протокола IPv6 являются такие страны, как Япония и Китай, которые не получили достаточного адресного пространства IPv4. За IPv6 ратуют также поставщики новых видов телекоммуникационных услуг, например операторы мобильной цифровой телефонной связи, – им потребуются мил-лионы IP-адресов для различных устройств, используемых при организации передачи данных в сети. Существенным преимуще-ством IPv6 является большая длина IP-адреса, позволяющая под-держивать адресацию практически каждого электронного уст-ройства в мире.

В то же время главный управляющий компании Lucent Technologies Ричард Макгин считает основным фактором, стиму-лирующим отказ от IPv4, недостатки механизмов обеспечения ка-чества обслуживания (QoS) в этом протоколе. «Сегодняшний ва-риант IP вряд ли будет использоваться через пять лет, – он превра-тится в то, что мы называем версией 37 протокола IP, – говорит Макгин, – IP будет развиваться, включая в себя многое из того, что сегодня имеется в технологии АТМ… Иначе он просто не сможет стать основой мультисервисных сетей» [3]. Следует отме-тить, что в принципе, путем модификации IPv4 можно наделить этот протокол некоторыми из вышеупомянутых свойств. Однако, по мнению Совета по архитектуре сети Интернет (IAB – Internet Architecture Board), результаты, которых можно достичь таким способом, окажутся значительно скромнее тех, которые сулит ши-рокомасштабное внедрение IPv6. Кроме того, разработка IPv6 ве-

дется таким образом, чтобы максимально защитить ранее сделан-ные инвестиции в сети, основанные на IPv4.

Поставщики сетевого оборудования уже сейчас предусмат-ривают поддержку протокола IPv6 в своих продуктах (см. 0) ана-логично тому, как они поддерживают протокол IPv4. Стоимость модернизации сети с целью реализации поддержки IPv6, согласно мнению некоторых экспертов, будет сравнима со стоимостью ус-тановки новой версии операционной системы, однако в конечном итоге поддержка протокола IPv6 должна дать экономию. Эллисон Мэнкин (Allison Mankin), компьютерный разработчик Института информатики Южно-Калифорнийского университета (USC/ISI), предполагает, что для провайдеров услуг переход на IPv6 «не так дорог, как переход на использование многочисленных транслято-ров NAT» [4]. Кроме того, эксплуатация IPv6-сети дешевле экс-плуатации аналогичной IPv4-сети, потому что протокол IPv6 ока-зывается «умнее» протокола IPv4 при решении различных про-блем. Например, IPv6-узлы могут автоматически конфигури-ровать сами себя не только с помощью протокола динамической конфигурации хоста (DHCPv6), что требует постоянного отсле-живания состояния этого процесса, но и с помощью механизма автоконфигурации IPv6 без фиксации состояния [10]. Используя метод «обнаружения соседа» [9], IPv6-узел может подключиться к любой сети, найти сервер автоконфигурации без фиксации со-стояния и сконфигурировать себя для последующей работы в се-ти – и все это без вмешательства человека. Данные функции спо-собствуют получению реального доступа к сети с высокой степе-нью готовности (plug-and-play network access) и существенно снижают расходы на эксплуатацию сети.

Конечным пользователям, руководителям промышленных предприятий, сетевым администраторам, разработчикам прото-колов, программистам полезно уже сейчас осознать, каким обра-зом IPv6 повлияет на развитие Интернета и распределенных ком-пьютерных приложений.

3.2. Текущее состояние дел в области внедрения протокола IPv6

3.2.1. Основные этапы перехода от IPv4 к IPv6 и их временные рамки

IP-протокол следующего поколения (IPng), позже получив-ший название IPv6, сложился в результате непростой эволюции нескольких инициатив IETF. Этот процесс продолжался более трех лет и представлял собой параллельное развитие, взаимодей-ствие и объединение нескольких инициативных предложений (рис. 10), пока в июле 1994 года на XXX совещании IETF в То-ронто не были согласованы общие рекомендации по архитектуре IPng. Новой версии IP-протокола был присвоен номер 6 [5]. Та-ким образом, 1994 год формально можно считать годом рожде-ния IPv6, хотя процесс разработки стандартов этого протокола еще продолжается и поныне.

IP Encaps

Nimrod

Simple CLNP

CATNIP

IPngIPv6

Начало1993г

Весна1992г

Начало1992г

Июль1994г

Рис. 10. Диаграмма эволюции протокола IPv6

К настоящему моменту протокол IPv6 является рабочим стандартом (Draft Standard) – остался всего один шаг до его при-нятия в качестве официального стандарта Интернет. Это означа-ет, что основные спецификации [6 – 11] протокола IPv6 уже вряд ли изменятся в процессе стандартизации. Другие спецификации пока еще находятся либо на начальном этапе процедуры стандар-тизации (Proposed tandard) [12 – 32], либо в стадии разработки [33 – 41].

Стабильность спецификаций создает все необходимые усло-вия для появления IPv6 продуктов на рынке [42]:

• Sun, Compaq (Digital), IBM, SCO включили поддержку IPv6 в новых версиях своих операционных систем (ОС).

• Microsoft: стандартный пакет Windows 2000 не будет под-держивать IPv6, но на рынке существует несколько пакетов, которые позволяют осуществить поддержку IPv6 под Win9x/NT/Win2000.

• Проект KAME [50], посвященный внедрению стека IPv6 в BSD-подобные ОС. В рамках этого проекта уже разработаны модификации BSD-подобных ОС, позволяющие поддерживать стек протокола IPv6.

• Ядро ОС Linux теперь также предусматривает поддерж-ку IPv6.

• Маршрутизаторы: Telebit (Ericsson), BayRS (Nortel), GR2000 и NR60 (Hitachi) уже сейчас поддерживают протокол IPv6.

• Крупнейший производитель маршрутизаторов – Cisco Sys-tems – планирует включить поддержку IPv6, только начиная с версии 12.1(5)T своей сетевой операционной системы (IOS). Имеющиеся сейчас экспериментальные версии IOS содержат слишком много ошибок, чтобы их можно было использовать в штатном режиме на сети оператора.

Ускорению развертывания сервисов IPv6 способствовало также принятое в июле 1999 года решение начать распределение адресного пространства IPv6. По состоянию на конец февраля 2000 года по всему миру было выделено всего не более двух де-сятков блоков адресов IPv6 (из них 11 – в Европе, в том числе один – для российской сети FREEnet).

Конечно, нельзя ожидать, что после принятия стандарта для протокола IPv6 протокол IPv4 мгновенно исчезнет. В сети, на-считывающей миллионы устройств и сотни миллионов пользова-телей, невозможно назначить «час X», когда вся сеть мгновенно перейдет с одного протокола на другой. Этот процесс не будет быстрым. «Переход займет, как минимум, 15 лет, если началом его считать 1994 год», – считает Брайан Карпентер (Brian Carpenter), председатель IAB и директор программы по стандар-там и технологиям для сети Интернет в компании IBM.

С другой стороны, важнейшим мотивом, побудившим начать разработку нового протокола, был и остается недостаток адрес-ного пространства IPv4. Так когда же адресное пространство IPv4 полностью иссякнет? По этому вопросу нет полного единодушия среди экспертов. В 1996 году Американская регистрационная служба Интернет (ARIN – American Registry for Internet Number) объявила, что распределено все адресное пространство сетей класса A, 62% адресов сетей класса B и 37% адресов сетей класса C. Принимая во внимание современные тенденции в области рас-пределения адресного пространства, два ведущих эксперта рабо-чей группы IETF по оценке времени, оставшегося до окончатель-ного истощения адресного пространства (Address Lifetime Expectations working group), делают следующие прогнозы [43]: один считает, что адресное пространство IPv4 будет полностью исчерпано в 2008, а другой – в 2018 году. Сопоставляя эти цифры с оценками длительности переходного периода, мы приходим к выводу, что откладывать начало перехода к IPv6 недопустимо, иначе есть риск столкнуться с нехваткой адресов раньше, чем за-вершится переход на IPv6.

3.2.2. Опыт практического использования протокола IPv6

Важнейшую роль в разработке и внедрении протокола IPv6 помимо рабочих групп IETF сыграли и продолжают играть не-сколько международных организаций:

• 6BONE [44]. С 1996 года сеть 6bone используется для об-катки протокола IPv6. Появившись как экспериментальная пло-щадка рабочей группы IETF 6bone превратилась в добровольное

объединение сетей Северной Америки, Европы и Японии, которое накапливает опыт работы с IPv6 и координирует свою актив-ность с соответствующими комитетами IETF. По состоянию на 22 февраля 2000 года 6bone охватывает 525 сетей в 42 стра-нах. Российскую часть 6bone представляют: Институт ядер-ных исследований РАН (Москва), Институт системного про-граммирования РАН (Москва), Ярославский государственный университет (Ярославль), Уральская государственная академия железнодорожного транспорта (Екатеринбург), Научно-технический центр «Атлас» (Рязань).

• 6REN [45]. Координационная инициатива исследователь-ских и академических сетей, которые предоставляют высокока-чественный транзитный сервис IPv6 в штатном режиме. Все участники 6REN имеют право бесплатно подключиться по IPv6 к узлу обмена данными 6TAP [46] в Чикаго (США). В отличие от сети 6bone, которая широко использует туннелирование IPv6 поверх IPv4, в 6TAP туннели не используются: подключения к 6TAP осуществляются по технологии IPv6 поверх АТМ.

• IPv6 Форум [47]. Мировой консорциум ведущих поставщи-ков сетевого оборудования, академических и исследовательских сетей. Цель форума состоит в том, чтобы осуществлять про-движение протокола IPv6 путем создания и информирования рынка, доведения IPv6 до конечного пользователя и в конечном итоге создания высококачественного и безопасного Интернет нового поколения. IPv6 форум предоставляет всем заинтересо-ванным людям и организациям доступ к знаниям и технологии глобальных сетей нового поколения. По состоянию на 17.02.2000 IPv6 Форум объединял 78 организаций: 29 – из Северной Америки, 36 – из Европы и 13 – из Азиатско-Тихоокеанского региона. 02.08.1999 в России создан национальный IPv6 Форум [48], яв-ляющийся официальным российским представительством меж-дународного IPv6 Форума. Российский IPv6 форум поддержива-ется специалистами Центра Интернет Ярославского государ-ственного университета им. П.Г. Демидова и центром управления Российской академической сети FREEnet. В дополне-ние к общим задачам, решаемым международным IPv6 форумом, Российский IPv6 форум решает задачу создания русскоязычного сообщества пользователей и поставщиков решений и сервиса

IPv6. На сервере форума можно найти большое количество ин-формации по IPv6, а также множество полезных ссылок на ре-сурсы по данной тематике.

В Японии протокол IPv6 исследуется в рамках проекта

WIDE [49]. Цель исследований, проводимых в рамках этого про-екта, его инициаторы формулируют предельно кратко: «создание широкомасштабной среды для распределенных вычислений». Само название проекта расшифровывается как «Широко интег-рированная распределенная среда» (Widely Integrated Distributed Environment).

Другой японский проект – KAME [50] – внес и продолжает вносить большой вклад в разработку программного обеспечения (ПО) для протокола нового поколения. Это совместный проект семи японских компаний. Его цель: разработка свободно распро-страняемого ПО для протоколов IPv6 и IPsec под BSD-подобные операционные системы (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, BSDI).

Помимо исследовательских проектов, некоторые компании уже приступили к реализации коммерческих проектов, связанных с внедрением IPv6. К примеру, некоторые крупные операторы объявили о предоставлении коммерческого сервиса по протоколу IPv6:

• NTT (Япония) • IIJ (Япония) MCI WorldCom (США) • Trumpet (Австралия). Хотя таких операторов пока немного, но их количество про-

должает расти. Nokia и Cernet (китайская сеть для научных ис-следований и образования, объединяющая 600 университетов и имеющая 2,1 млн. пользователей) начали сотрудничество по раз-работке в Китае интернет-технологий с использованием протоко-ла IPv6 [51]. В рамках этого сотрудничества создана совместная лаборатория в Пекине. Партнеры намерены создать по всей стра-не сеть, соединяющую университеты, с использованием IP-маршрутизаторов и программного обеспечения Nokia.

NATO объявило еще в 1999 году о своем принципиальном решении перевести свою сеть на протокол IPv6.

Военно-морской флот Германии уже использует для своих целей ПО с обеспечением гарантированного качества сервиса (QoS) на основе протокола IPv6.

Европейский филиал японской компании NTT Communica-tions объявил [52] о начале коммерческих испытаний протокола IPv6, соединив свою европейскую сеть с японской, где аналогич-ные испытания уже начаты. Для приобретения необходимого опыта компания намерена заключить партнерские соглашения с провайдерами услуг и контента. В настоящее время компания ищет партнеров, которые будут иметь бесплатный доступ в сеть в ходе проведения испытаний. Японское отделение NTT начало проведение испытаний в ноябре 1999 года, а американское – в апреле 2000-го. Компания утверждает, что она создаст первую в мире сеть, использующую новую версию IP-протокола.

Практически ежедневно поступают сообщения, свидетельст-вующие о том, что освоение протокола IPv6 набирает темп.

3.3. Спецификации протокола IPv6

3.3.1. Архитектура адресации в IPv6

По сравнению с IPv4 в IPv6 длина IP-адреса увеличена сразу в четыре раза – до 16 октетов (128 битов). Это, помимо прочих положительных сторон, позволит устранить одну из главных причин использования неуникальных адресов в Интернет, а именно их недостаточность. Количество уникальных IPv6-адре-сов составляет примерно 3.4⋅10 [38]. Если бы каждому жителю Земли выделили количество адресов IPv6, соответствующее тео-ретической емкости всего IPv4 Интернета, то и тогда адресное пространство IPv6 осталось бы практически неиспользованным.

Стандартом [6]определено три типа адресов: • Индивидуальный (Unicast) – адрес отдельного интерфей-

са. Пакет, отправленный по индивидуальному адресу, доставля-ется на интерфейс, идентифицируемый этим адресом.

• Произвольный (Anycast) – адрес набора интерфейсов, обычно относящихся к различным узлам. Пакет, направленный по «произвольному» адресу, доставляется на один из интерфей-

сов, идентифицированных этим адресом (на «ближайший» со-гласно метрике протокола маршрутизации).

• Групповой (Multicast) – адрес набора интерфейсов, обычно относящихся к различным узлам. Пакет, посланный по группово-му адресу, доставляется на все интерфейсы, идентифицирован-ные этим адресом.

В IPv6 отсутствуют широковещательные адреса (broadcast). Вместо них используются групповые адреса.

Поля в адресах имеют наименования. Если это наименование используется вместе с термином “ID” после него (например, “interface ID”), оно указывает на содержимое поименованного поля. Если же оно используется с термином “prefix” (например, “subnet prefix”), то обозначает ту часть адреса, которая состоит из всех старших разрядов вплоть до поименованного поля включи-тельно.

В IPv6 разрешены поля, состоящие из одних нулей или одних единиц, если специально не оговорено иное. В частности, пре-фиксы могут содержать поля из значимых нулей или заканчи-ваться нулями.

Адреса IPv6 используются для идентификации не узлов, а се-тевых интерфейсов и наборов интерфейсов. Поскольку каждый интерфейс относится к какому-нибудь узлу сети, любой из инди-видуальных адресов интерфейсов данного узла может использо-ваться в качестве адреса данного узла.

Каждый интерфейс должен иметь, по меньшей мере, один индивидуальный адрес. Одному интерфейсу может быть при-своено несколько адресов IPv6 любого из трех перечисленных типов.

Индивидуальный адрес или набор индивидуальных адресов может быть присвоен нескольким физическим интерфейсам, если реализация трактует эти несколько физических интерфейсов как один логический интерфейс при его представлении на уровне IP. Это полезно для распределения нагрузки по нескольким физиче-ским интерфейсам.

Как и в IPv4 , в IPv6 префикс подсети связан с одним кана-лом. Однако одному каналу может быть присвоено несколько префиксов.

Приняты три формы представления адресов IPv6 в текстовом виде:

1. Предпочтительная форма x:x:x:x:x:x:x:x, где знаки “x” – шестнадцатеричные значения восьми 16-битовых частей адреса. Нет необходимости писать ведущие нули в каждом отдельном поле, однако в каждом поле должна быть, по меньшей мере, одна цифра.

Примеры: 3FFE:2403:0:0:280:C8FF:FE4B:F7A8 FF01:0:0:0:0:0:0:101 0:0:0:0:0:0:0:1 0:0:0:0:0:0:0:0 2. Для облегчения записи адресов, содержащих длинные по-

следовательности нулевых битов, принят специальный синтаксис для сжатия нулей. Обозначение “::” указывает на наличие не-скольких 16-битовых групп нулей. Это обозначение может при-сутствовать в адресе только один раз. Оно может использоваться также для сжатия ведущих и/или концевых нулей в адресе.

Примеры: 3FFE:2403::280:C8FF:FE4B:F7A8 FF01::101 ::1 :: 3. Альтернативной формой, которая иногда более удобна при

работе в смешанной среде узлов IPv4 и IPv6, является x:x:x:x:x:x:d.d.d.d, где знаки “x”- шестнадцатеричные значения шести старших 16-битовых частей адреса, а “d” – десятичные значения четырех младших октетов адреса (стандартное пред-ставление IPv4).

Примеры: 0:0:0:0:0:0:13.1.68.3 0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38 или в сжатой форме: ::13.1.68.3 ::FFFF:129.144.52.38

Текстовое представление префиксов адреса IPv6 такое же, как и в IPv4, и записывается в нотации: ipv6-address/prefix-length,

где ipv6-address – адрес IPv6 в любой из перечисленных выше но-таций;

prefix-length – десятичное значение, определяющее число ле-вых (старших) непрерывно следующих битов адреса, образую-щих префикс.

В IPv6 тип адреса и характер его использования определяют-ся значением старших битов адреса. Поле переменной длины, со-стоящее из этих начальных битов, называется «префикс формата» (Format Prefix, сокращенно – FP). На настоящий момент стандар-том определены следующие значения FP (табл. 14).

Значение FP задает структуру оставшейся части адреса: на-личие определенных полей, их формат и назначение [6, 7, 26, 35]. К примеру, агрегируемый глобальный индивидуальный адрес имеет следующую структуру [53]:

3 13 13 6 13 16 64 FP TLA

ID Sub-TLA

Res. NLA ID SLA ID Interface ID

Public topology Site to-pology

Host portion

Рис. 11. Структура агрегируемого глобального индивидуального адреса

Не вдаваясь в детали, заметим лишь, что такая структура ад-реса позволяет, в частности, реализовать схему иерархической маршрутизации. Эта схема призвана положить предел неограни-ченному росту таблиц маршрутизации (см. раздел 3.3.3).

Все вышеизложенное свидетельствует, что архитектура адре-сации в IPv6 существенно отличается от адресации в IPv4. Одна-ко отличия между двумя версиями протокола IP не сводятся только к различиям в размере и структуре используемых адресов. Другие части протокола также были существенно модифициро-ваны. В частности, сама структура пакета IPv6 была сильно оп-тимизирована.

Префиксы формата [6]

Двоичное значение префикса формата

(FP) Назначение

Доля адресного пространства

0000 0000 Зарезервирован 1/256 0000 0001 Назначение не определено 1/256 0000 001 Зарезервирован для NSAP 1/128 0000 010 Зарезервирован для IPX 1/128 0000 011 Назначение не определено 1/128 0000 1 Назначение не определено 1/32 0001 Назначение не определено 1/16 001 Агрегируемые глобальные ин-

дивидуальные адреса 1/8

010 Назначение не определено 1/8 011 Назначение не определено 1/8 100 Назначение не определено 1/8 101 Назначение не определено 1/8 110 Назначение не определено 1/8 1110 Назначение не определено 1/16 1111 0 Назначение не определено 1/32 1111 10 Назначение не определено 1/64 1111 110 Назначение не определено 1/128 1111 1110 0 Назначение не определено 1/512 1111 1110 10 Локальные для канала (Link-

Local) индивидуальные адреса 1/1024

1111 1110 11 Локальные для сайта (Site-Local) индивидуальные адреса

1/1024

1111 1111 Групповые адреса 1/256

3.3.2. Структура пакета IPv6

Пакет IPv6 (см. рис. 12) по сравнению с пакетом IPv4 имеет более простое строение:

• Заголовок пакета имеет фиксированную длину – 40 байт. Дополнительные заголовки, которые могут содержаться в па-кете IPv6, организованы (в отличие от опций заголовка IPv4) го-раздо строже:

1) порядок следования различных дополнительных заголов-ков (если их несколько) строго определен;

2) заголовок заданного типа может войти в состав пакета только один раз (единственным исключением из этого правила является заголовок типа “Destination Options header”, который может встретиться дважды);

Рис. 12. Формат пакета IPv6

3) заголовки обрабатываются строго в той последовательно-

сти, в каком порядке они следуют друг за другом внутри пакета IPv6;

4) дополнительные заголовки, за исключением заголовка “Hop-by-Hop Options header”, не обрабатываются промежуточ-ными узлами сети;

5) первые два байта каждого дополнительного заголовка по-зволяют определить тип и местонахождение следующего заго-ловка. Таким образом, узел может заранее решить, нужно ли пе-реходить к обработке следующего дополнительного заголовка или прекратить обработку заголовков.

• Заголовок пакета не содержит контрольной суммы (ка-нальный уровень заботится о генерации и проверке контрольных сумм).

• В IPv6 отсутствует возможность фрагментации «слиш-ком больших» пакетов промежуточными узлами. Оконечные устройства должны использовать механизм определения макси-мального размера пакета (Path MTU discovery) при взаимодейст-вии друг с другом и при необходимости выполнять фрагмента-цию пакетов.

Вышеуказанные особенности строения пакета IPv6 позволя-

ют удешевить и ускорить обработку IPv6-пакетов в промежуточ-ных узлах сети. С другой стороны, они позволяют сильно осла-бить ограничения на размер той части пакета, которая может быть отведена для реализации дополнительных опций. Кроме то-го, строение пакета IPv6 обладает большой гибкостью и позволя-ет легко добавлять новые опции в будущем.

Пакет IPv6 содержит следующие поля: • Version (ver, 4 бита) – номер версии протокола IP. Это по-

ле в случае протокола IPv6 имеет значение «6». • Traffic Class (pri, 8 битов) – класс обслуживания. Это поле

может использоваться источником трафика и/или промежу-точными маршрутизаторами для обеспечения дифференциро-ванного качества обслуживания пакетов.

• Flow Label (20 битов) – идентификатор потока. Это поле может использоваться источником трафика для выделения из общей массы определенной последовательности пакетов (пото-ка). Для каждого из потоков источник может запросить опре-деленный уровень качества обслуживания, отличный от уровня обслуживания, предоставляемого по умолчанию, а также от-личный от уровня обслуживания других потоков.

• Payload Lenght (payload len, 16 битов) – размер «полезной» части пакета. Это поле содержит беззнаковое целое число, рав-ное количеству октетов, содержащихся в той части пакета IPv6, которая следует сразу за 40-байтовым заголовком.

• Next Header (next hdr, 8 битов) – указатель следующего за-головка. Это поле определяет тип дополнительного заголовка, следующего сразу за заголовком IPv6.

• Hop Limit (8 битов) – максимальное количество промежу-точных узлов. Это поле содержит беззнаковое целое число, ко-торое уменьшается на единицу каждым промежуточным узлом, через который проходит данный пакет. Как только поле стано-вится равным нулю, пакет отбрасывается.

• Source Address (128 битов) и Destination Address (128 би-тов) – адрес источника и адрес назначения соответственно. Эти поля содержат адреса IPv6, структура которых рассмат-ривается выше более подробно.

• Payload (data) – «полезные» данные. Эта часть пакета IPv6 содержит те данные, которые после доставки пакета по назначению извлекаются и передаются для обработки соответ-ствующему протоколу верхнего уровня.

В заключение отметим, что стандартом IPv6 предусмотрено, чтобы все типы каналов связи передавали, не требуя фрагмента-ции на сетевом уровне, IPv6 пакеты размером вплоть до 1280 байт.

3.3.3. Особенности маршрутизации IPv6

Дробление адресного пространства на небольшие блоки ве-дет к тому, что узловые маршрутизаторы Интернет должны со-держать в своей памяти слишком большие таблицы маршрутиза-ции (рис. 13).

Помимо существенных требований к объему памяти это сильно замедляет поиск в таблицах и соответственно быстродей-ствие маршрутизаторов вплоть до полного нарушения работы.

Как уже отмечалось выше, сама структура агрегируемого глобального индивидуального адреса в IPv6 специально разрабо-тана так, чтобы обеспечить агрегирование маршрутов. В IPv6 поддерживаются два типа агрегирования [7]: «операторский» (provider based) и «узловой» (exchange-based). Это делает воз-можным эффективное агрегирование маршрутов, как тех потре-бителей, что подключаются к узлу доступа определенного опера-тора, так и тех, сети которых подключены непосредственно к

публичному узлу обмена данными. Потребитель свободен в вы-боре типа подключения своей сети.

Рис. 13. Количество маршрутов IPv4 в 1988 – 2000 гг. [54]

Агрегируемые адреса образуют трехуровневую иерархиче-скую структуру:

• уровень сети общего пользования (Public Topology); • уровень сети потребителя (Site Topology); • уровень идентификатора интерфейса (Interface Identifier). Уровень сети общего пользования охватывает набор опера-

торов и узлов обмена данными, которые на общих основаниях предоставляют услугу транзита в Интернет (public Internet transit services). Уровень сети потребителя соответствует конкретному сайту или организации, которая не предоставляет услуги транзита для узлов, расположенных вне этого сайта. Уровень идентифика-тора интерфейса описывает отдельные интерфейсы, подключен-ные к определенному каналу связи.

Потребители, подключенные непосредственно к узлу доступа определенного оператора, получают адресное пространство из блока адресов этого оператора. Этот тип агрегирования – «опера-торский» – давно применяется в IPv4 CIDR.

Те же потребители, которые выбрали подключение к пуб-личному узлу обмена данными, получают адресное пространство из блока адресов этого узла и используют новый тип агрегирова-ния – «узловой». Такие потребители подписываются (прямо или косвенно, через договор с узлом обмена) на получение услуги транзита от одного или более операторов Интернет, присутст-вующих на данном узле. В этом случае потребитель не связан своими адресами с определенным оператором и может отказаться от услуг одного оператора в пользу другого, не меняя адресов в своей сети. Кроме того, как уже отмечалось, при таком подклю-чении потребитель (multihomed site) может пользоваться услуга-ми сразу нескольких операторов.

Прежде чем уточнить механизм агрегирования префиксов на каждом уровне иерархии (см. выше), дадим расшифровку сокра-щений, используемых для описания структуры агрегируемого ад-реса (см. рис. 11):

FP Префикс формата (001) TLA ID Идентификатор агрегата верхнего уровня (Top-Level

Aggregation Identifier) Sub-TLA Идентификатор подагрегата верхнего уровня RES. Зарезервировано NLA ID Идентификатор агрегата следующего уровня (Next-Level

Aggregation Identifier) SLA ID Идентификатор агрегата уровня сайта

(Site-Level Aggregation Identifier) Interface ID Идентификатор интерфейса

Идентификаторы (под)агрегата верхнего уровня занимают

верхнюю ступень в иерархии маршрутов. Маршрутизаторы, не использующие «маршрут по умолчанию», обязаны содержать в своей таблице маршрутизации записи, отвечающие каждому TLA ID, и, возможно, еще записи, соответствующие более специфич-ным маршрутам внутри того TLA ID, к которому относится дан-ный маршрутизатор. Таблица маршрутизации может содержать

некоторое количество дополнительных записей в целях оптими-зации маршрутизации для данной конкретной топологии [39], но при планировании сети следует стремиться к тому, чтобы свести количество таких записей к минимуму.

Идентификаторы агрегата следующего уровня используются операторами и организациями, которым был выделен TLA ID для создания иерархии адресов внутри данного TLA ID.

Идентификаторы агрегата уровня сайта используются потре-бителем для создания локальной иерархии адресов и идентифи-кации подсетей в пределах конкретного сайта. Информация о маршрутах уровня SLA локальна для данного конкретного сайта и никогда не попадает на маршрутизаторы сети общего пользо-вания.

Идентификаторы интерфейсов используются для адресации конкретных интерфейсов в масштабах данного конкретного ка-нала связи (или ЛВС). Идентификатор интерфейса должен быть уникальным в пределах данного канала связи. Согласно требова-ниям стандарта, этот идентификатор должен иметь длину 64 бита и формат, соответствующий IEEE EUI-64 [55].

Вкратце правило агрегирования таково: на каждом уровне, кроме самого верхнего, присутствуют только маршруты, локаль-ные для данного уровня, и «маршрут по умолчанию». На самом верхнем уровне таблица содержит TLA-маршруты, соответст-вующие всем «чужим» активным TLA и NLA-маршруты, локаль-ные для «домашнего» TLA. Таким образом, в IPv6 появляется возможность избежать того катастрофического роста таблицы маршрутов, который мы наблюдаем в IPv4-сетях.

3.3.4. Механизмы автоконфигурации хостов IPv6

Вопрос автоконфигурации уже затрагивался нами выше, по-этому здесь мы позволим себе быть предельно лаконичными. Обобщая сведения, изложенные ранее, мы получим следующую схему, описывающую основные типы автоконфигурации, преду-смотренные протоколом IPv6:

• Автоконфигурация без фиксации состояния Автоматически присваивает IPv6 адрес (Stateless Address

Autoconfiguration)

Сконструировать предполагаемый адрес, локальный для канала (link-local address) Убедиться (в масштабах канала связи) в уникальности этого

адреса Присвоить адрес интерфейсу Находит маршрутизатор Запросить маршрутизатор о префиксах, действующих на

данном канале связи Сконфигурировать глобальный адрес на интерфейсе Устанавливает маршруты • Автоконфигурация с фиксацией состояния Использует протокол DHCPv6

3.3.5. Механизмы обеспечения «качества обслуживания» (QoS)

В заголовке пакета IPv6 появилось новое (по сравнению с IPv4) поле – «идентификатор потока», которое в совокупности с другим полем заголовка – «класс обслуживания» – дает возмож-ность поддержки разных уровней качества обслуживания.

3.3.6. Механизмы защиты информации и обеспечения сетевой безопасности

В отличие от IPv4 стандарт протокола IPv6 требует обяза-тельной поддержки протокола IPsec. Различают три основных компонента IPsec-протокола [56 – 58].

• Аутентификационный заголовок (AH – Authentication Header) проверяет идентичность отправителя пакета и аутен-тичность содержимого (contents) пакета.

• Инкапсулирующий защитный модуль (ESP – Encapsulating Security Payload) шифрует пакет перед его отправкой; модуль ESP может также инкапсулировать исходный IP-пакет.

• Блок обмена ключами в сети Internet (IKE – Internet Key Exchange) управляет передачей ключей безопасности от отпра-вителя к получателю. (IKE был ранее известен под названием протокол ISAKMP/Oakley – Internet security association and key management protocol/Oakley – протокол [разработанный универ-

ситетом в Оукли] управления ключами для защиты соединений в сети Internet.)

Аутентификационный заголовок (AH) и модуль ESP могут применяться с различными схемами аутентификации и шифрова-ния, некоторые из которых должны применяться в обязательном порядке. Например, стандарт IPsec определяет, что пакеты долж-ны аутентифицироваться либо с помощью профиля сообщения MD5 (Message Digest 5), разработанного фирмой RSA Data Security Inc. (Сан-Матео, Калифорния), либо с помощью алго-ритма защитного хеширования SHA-1 (Secure Hashing Algorithm-1), который разработан Агентством Национальной Безопасности США (NSA – National Security Agency).

Поставщики могут свободно применять дополнительные ал-горитмы аутентификации и шифрования.

3.4. Основные способы сопряжения участков сетей IPv4 и IPv6

во время переходного периода

Как уже отмечалось выше, протоколу IPv6 придется дли-тельное время взаимодействовать с IPv4 и на первом этапе даже существовать в его среде [59]. IPv6, к счастью, не создает ограни-чений, связанных с жестким порядком действий в переходный период: администраторы сетей могут модернизировать свои хост-машины, а затем маршрутизаторы либо наоборот, сначала – мар-шрутизаторы, а потом – хост-машины. Они даже могут модерни-зировать лишь часть хост-машин и часть маршрутизаторов, от-ложив остальное на будущее.

Каждый маршрутизатор, поддерживающий оба протокола – IPv4 и IPv6, не нарушает связность между IPv4-узлами, которые он обслуживает. Хост-машина, которая поддерживает оба стека протокола IP, также не утрачивает связность с другими узлами сети. Создание в сети «островков», поддерживающих только IPv6, также не ухудшает связность, если на границах этих «ост-ровков» установлены устройства, поддерживающие обе версии протокола IP.

Порядок модернизации узлов влияет только на способ воз-можного взаимодействия этих узлов друг с другом. Существуют три метода организации такого взаимодействия:

• трансляторы протоколов, • двухпротокольные стеки (dual stacks), • туннелирование (tunnels). Метод трансляции протоколов состоит в преобразовании по

определенным правилам пакетов IPv6 в пакеты IPv4 и обратно. В настоящее время применяются три механизма трансляции прото-колов. Один из них – преобразование заголовков, в котором IP-заголовки транслируются из одной версии в другую протокол-шлюзом (protocol gateway device). Все шлюзы для трансляции протоколов размещены на границах между сетями IPv4 и IPv6.

Другой механизм трансляции протокола предполагает ис-пользование транспортного ретранслятора: протокол-шлюз при-нимает сегменты TCP и дейтаграммы UDP от исходного узла и воссоздает TCP- и UDP-трафик, передаваемый узлу назначения. Другими словами, такой шлюз не просто исследует и переводит IP-заголовки, но также обрабатывает заголовки протокола транс-портного уровня, чтобы заставить их «работать» на соответст-вующей версии IP-протокола.

Третий механизм представляет собой proxy-приложение. В этом случае транслятор является шлюзом между сетями IPv4 и IPv6 на прикладном уровне.

Строение пакета IPv6, однако, слишком сильно отличается от устройства пакета IPv4, чтобы можно было сделать преобразова-ние одного в другой без утраты некоторых важных свойств про-токола IPv6. Одна из проблем связана с преобразованием адресов IPv6 в адреса IPv4. Другая сложность состоит в том, что протокол IPv4 уничтожает или изменяет половину IPv6 заголовков (напри-мер, в IPv4 отсутствует аналог идентификатора потока – “flow label”). В результате при трансляции утрачиваются многие из тех функций протокола IPv6, которые выгодно отличают его от IPv4. Кроме того, IPv6 снимает поддержку фрагментации IPv4-пакетов при их передаче.

Второй подход состоит в том, что IPv6-узлы должны под-держивать оба стека протокола IP – и IPv4, и IPv6 – в полном объеме. Узел сам выбирает, какой протокол использовать в каж-

дом конкретном случае: IPv6 может использоваться только в том случае, если удаленный узел также поддерживает IPv6. Призна-ком того, что удаленный узел поддерживает новую версию про-токола IP, служит наличие в DNS [12] специальной записи (AAAA), ассоциированной с данным узлом. Двухпротокольный подход может реализовываться и сам по себе, и в комбинации с третьим из перечисленных подходов – туннелированием.

На первом этапе, пока большая часть Интернета работает по протоколу IPv4, реализация связности по протоколу IPv6 будет осуществляться методом туннелирования. Такое туннелирование достигается путем инкапсуляции IPv6-пакета внутри пакета IPv4. Передача информации при этом осуществляется следующим об-разом: IPv6-узел создает IPv6-пакеты, которые инкапсулируются в пакеты IPv4 и передаются через IPv4-сеть. Узел на другом кон-це туннеля разворачивает IPv4-пакет, извлекает IPv6-пакет и за-тем передает его в узел назначения (см. рис. 15).

Рис. 15. Схема туннеля «IPv6 поверх IPv4»

Существуют туннели разных типов, причем тип используе-мого туннеля зависит от того, какое устройство производит ин-капсуляцию и декапсуляцию пакетов. Туннели «маршрутизатор-маршрутизатор» могут использоваться для связывания двух «чистых» IPv6-сетей, разделенных IPv4-сетью. Туннели «хост-маршрутизатор» позволяют изолированным двухпротокольным хост-машинам преодолевать участки IPv4-сети, связываясь с IPv6-сетями через двухпротокольный IP-маршрутизатор. Туннели «маршрутизатор-хост» связывают изолированные двухпрото-кольные узлы c IPv6-сетями, тогда как туннели «хост-хост» по-зволяют изолированным двухпротокольным узлам взаимодейст-вовать по протоколу IPv6 через IPv4-сети.

Может различаться и порядок определения конечных пунк-тов туннелей. IPv6-туннели могут конфигурироваться вручную, автоматически или путем многоадресной (групповой) передачи сквозь IPv4-сети [27]. В каждом сконфигурированном вручную туннеле конечный пункт определяется независимо от пункта на-значения IPv6-пакета. Это обычно означает, что кто-нибудь дол-жен конфигурировать систему, занимающуюся инкапсуляцией данных в протокол IPv4, таким образом, чтобы был указан пункт назначения получающихся IPv4-пакетов. Автоматические тунне-ли создаются, когда IPv6-пакет использует IPv4-совместимый ад-рес и адресован двухпротокольному узлу. Автоматическое тун-нелирование распространяет всю таблицу IPv4-маршрутизации внутри инфраструктуры IPv6-маршрутизации и не помогает ре-шить проблему истощения резерва IPv4-адресов.

Многоадресная туннельная передача по протоколу IPv4 воз-можна только в пределах той инфраструктуры IPv4-сети, которая поддерживает многоадресную передачу. Узел, инкапсулирующий IPv6-пакет в IPv4-пакет, определяет конечную точку туннеля пу-тем использования многоадресной передачи по протоколу IPv4 для «обнаружения соседа» (neighbor discovery). Этот механизм по-зволяет IPv6-узлу «обнаружить» другие узлы, относящиеся к тому же каналу связи, определить их адреса на уровне канала связи, найти маршрутизаторы, а также поддерживать информацию о маршрутах к активным соседним узлам. Данный вариант позволя-ет не конфигурировать туннель и не использовать IPv4-сов-

местимые адреса, но, к сожалению, многие операторы Интернет еще не поддерживают маршрутизацию многоадресных пакетов.

Конечно, наличие большого количества туннелей не способ-ствует повышению производительности сети и улучшению управляемости всей системы. К счастью, по мере роста IPv6-инфраструктуры количество туннелей будет сокращаться, так как останутся лишь отдельные скопления (так называемые облака) «чистых» IPv4-сетей. Если же учесть, что протокол IPv6 в срав-нении с IPv4 является более эффективным, то окажется, что сни-жением производительности при туннельной передаче можно пренебречь.

1. S. King, R. Fax, D. Haskin, W. Ling, T. Meehan, R. Fink, C. E. Perkins. The Case for IPv6. Internet Draft, Internet Architecture Board, draft-ietf-iab-case-for-ipv6-06.txt, December 1999.

2. http://www.isc.org/ds/host-count-history.html 3. «Сети и системы связи», №2(52), 2000, стр. 23. 4. «Сетевой журнал Data Communications», №1, 2000, стр. 63. 5. S. Bradner, A. Mankin, "The Recommendations for the IP Next Genera-

tion Protocol", RFC 1752, Jan. 1995. 6. R. Hinden, S. Deering, “IP Version 6 Addressing Architecture”, RFC

2373, July 1998. 7. R. Hinden, M. O’Dell, S. Deering, “An IPv6 Aggregatable Global Un-

icast Address Format”, RFC 2374, July 1998. 8. S. Deering, R. Hinden, “Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specifica-

tion”, RFC 2460, Dec. 1998. 9. T. Narten, E. Nordmark, W. Simpson, “Neighbor Discovery for IP Ver-

sion 6 (IPv6)”, RFC 2461, Dec. 1998. 10. S. Thomson, T. Narten, “IPv6 Stateless Address Autoconfiguration”,

RFC 2462, Dec. 1998. 11. A. Conta, S. Deering, “Internet Control Message Protocol (ICMPv6)

for the Internet Protocol Version 6 (IPv6) Specification”, RFC 2463, Dec. 1998. 12. S. Thomson, C. Huitema, “DNS Extensions to support IP version 6”,

RFC 1886, Dec. 1995. 13. Y. Rekhter, T. Li, “An Architecture for IPv6 Unicast Address Alloca-

tion”, RFC 1887, Dec. 1995. 14. J. McCann, S. Deering, J. Mogul, “Path MTU Discovery for IP ver-

sion 6”, RFC 1981, August 1996. 15. D. Haskin, E. Allen, “IP Version 6 over PPP”, RFC 2472, December

16. G. Malkin, R. Minnear, “RIPng for IPv6”, RFC 2080, January 1997 17. M. Daniele, “IP Version 6 Management Information Base for the

Transmission Control Protocol”, RFC 2452, December 1998 18. M. Daniele, “IP Version 6 Management Information Base for the User

Datagram Protocol”, RFC 2454, December 1998 19. M. Crawford, “Transmission of IPv6 Packets over Ethernet Networks”,

RFC 2464, December 1998 20. D. Haskin, S. Onishi, “Management Information Base for IP Version 6:

Textual Conventions and General Group”, RFC 2465, December 1998 21. D. Haskin, S. Onishi, “Management Information Base for IP Version 6:

ICMPv6 Group”, RFC 2466, December 1998 22. M. Crawford, “Transmission of IPv6 Packets over FDDI Networks”,

RFC 2467, December 1998 23. M. Crawford, T. Narten, S. Thomas, “Transmission of IPv6 Packets

over Token Ring Networks”, RFC 2470, December 1998 24. A. Conta, S. Deering, “Generic Packet Tunneling in IPv6 Specifica-

tion”, RFC 2473, December 1998 25. M. Degermark, B. Nordgren, S. Pink, “IP Header Compression”, RFC

2507, February 1999 26. D. Johnson, S. Deering, “Reserved IPv6 Subnet Anycast Addresses”,

RFC 2526, March 1999 27. B. Carpenter, C. Jung, “Transmission of IPv6 over IPv4 Domains with-

out Explicit Tunnels”, RFC 2529, March 1999 28. P. Marques, F. Dupont, “Use of BGP-4 Multiprotocol Extensions for

IPv6 Inter-Domain Routing Use of BGP-4 Multiprotocol Extensions for IPv6 In-ter-Domain Routing”, RFC 2545, March 1999

29. A. Conta, A. Malis, M. Mueller, “Transmission of IPv6 Packets over Frame Relay Networks Specification”, RFC 2590, March 1999

30. D. Borman, S. Deering, R. Hinden, “IPv6 Jumbograms”, RFC 2675, August 1999

31. S. Deering, W. Fenner, B. Haberman, “Multicast Listener Discovery (MLD) for IPv6”, RFC 2710, October 1999

32. C. Partridge, A. Jackson, “IPv6 Router Alert Option”, RFC 2711, Oc-tober 1999

33. J. Bound, B. Carpenter, D. Harrington, J. Houldsworth, A. Lloyd, “OSI NSAPs and IPv6”, RFC 1888, August 1996

34. W. Stevens, M. Thomas, “Advanced Sockets API for IPv6”, RFC 2292, February 1998

35. R. Hinden, S. Deering, “IPv6 Multicast Address Assignments”, RFC 2375, July 1998

36. R. Hinden, “Proposed TLA and NLA Assignment Rules”, RFC 2450, December 1998

37. R. Gilligan, S. Thomson, J. Bound, W. Stevens, “Basic Socket Interface Extensions for IPv6”, RFC 2553, March 1999

38. M. Crawford, “Router Renumbering for IPv6”, Internet Draft, draft-ietf-ipngwg-router-renum-10.txt, March 2000

39. J. Yu, “IPv6 Multihoming with Route Aggregation”, Internet Draft, draft-ietf-ipngwg-ipv6multihome-with-aggr-00.txt, November 1999

40. D. Johnson, C. Perkins, “Mobility Support in IPv6”, Internet Draft, draft-ietf-mobileip-ipv6-09.txt, October 1999

41. R. Callon, D. Haskin, “Routing Aspects of IPv6 Transition”, RFC 2185, September 1997

42. http://www.ipv6.ru/soft/ 43. F. Solensky, "IPv4 Address Lifetime Expectations," in IPng: Internet

Protocol Next Generation (S.Bradner, A. Mankin, ed), Adddison Wesley, 1996 44. http://www.6bone.net/ 45. http://www.6ren.net/ 46. http://www.6tap.net/ 47. http://www.ipv6forum.com/ 48. http://www.ipv6.ru/ 49. http://www.wide.ad.jp/ 50. http://www.kame.net/ 51. РБК, 14.03.2000, Москва 16:45:06 52. РБК, 27.03.2000, Москва 17:59:02 53. APNIC, ARIN, RIPE NCC, “IPv6 Assignment and Allocation Policy

Document”, RIPE-196, July 1999 54. http://www.telstra.net/ops/bgptable.html 55. IEEE, “Guidelines for 64-bit Global Identifier (EUI-64) Registration

Authority”, http://standards.ieee.org/regauth/oui/tutorials/EUI64.html, January 2000

56. S. Kent, R. Atkinson, “Security Architecture for the Internet Protocol”, RFC 2401, November 1998

57. S. Kent, R. Atkinson, “IP Authentication Header”, RFC 2402, Novem-ber 1998

58. S. Kent, R. Atkinson, “IP Encapsulating Security Payload (ESP)”, RFC 2406, November 1998

4. Новое поколение транспортных технологий

Анализ происходившей в последние годы эволюции теле-коммуникационных инфраструктур позволяет выделить три ос-новных этапа их развития или три поколения телекоммуникаци-онных сетей.

Для первого этапа было характерно внедрение технологий, основанных на медных витых парах или беспроводных техниче-ских решениях. При этом основной упор делался на оптимизацию и ускорение процессов коммутации и маршрутизации на уровне электронных устройств.

На втором этапе происходил процесс постепенной замены проводных (медные провода) и беспроводных технологий техно-логиями, ориентированными на использование волоконно-оптических инфраструктур. Это обусловлено тем, что пропускная способность оптического волокна составляет около 50 Тбит/с в то время, как максимальная производительность электронных уст-ройств и пропускная способность витых пар, в силу физических особенностей последних, не превосходит нескольких Гбит/с. Од-нако второе поколение сетей использовало только небольшую часть пропускной способности, которая теоретически могла быть достигнута в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС).

Этого недостатка лишено третье поколение сетей, к которым следует в первую очередь отнести сети, построенные на базе тех-нологии Wave-Length Division Multiplexing (WDM). Указанная технология использует гораздо большую по сравнению со своими предшественниками часть пропускной способности ВОЛС, раз-деляя полосу пропускания на множество отдельных каналов, на каждом из которых электронные устройства работают с пиковой производительностью.

Именно WDM-технология рассматривается как основная для Интернет следующего поколения. Одновременно с этой техноло-гией связываются надежды на решение такой актуальной задачи, как снижение стоимости создания и эксплуатации транспортной сети, а также ее сложности с точки зрения управления. Кроме то-го, формируемая на основе WDM-технологий коммуникационная

среда, как будет показано далее, в наибольшей мере удовлетворя-ет современным требованиям.

Требования к коммуникационной среде в первую очередь определяются исходя из круга коммуникационных задач, для ре-шения которых она используется. Современные коммуникацион-ные задачи можно условно разбить на три основные категории:

Коммуникации “человек-человек” в режиме реального вре-мени. Сюда можно отнести такие приложения, как телефония, видеоконференции и т. д. Данные приложения чрезвычайно чув-ствительны к задержкам передачи данных в сети и характеризу-ются ограниченной возможностью буферизовать данные.

Коммуникации “человек-компьютер”. К этой категории от-носится наиболее популярное в настоящее время приложение World Wide Web, а также ряд других интенсивно развивающихся мультимедийных приложений. Для коммуникаций этой катего-рии допустимы определенные задержки и имеется больше техни-ческих возможностей для буферизации данных.

Коммуникации “компьютер-компьютер”. Сессии этой кате-гории происходят в тот момент, когда непосредственного участия человека не требуется. Сюда относятся кэширование трафика, многоадресные потоки, электронная почта всех видов и другое.

Как было показано в разделе 1, в настоящее время для реше-ния задач всех трех категорий необходима коммуникационная среда с высокой пропускной способностью. Не вызывает сомне-ния то, что в формировании физического уровня указанной вы-сокоскоростной среды на современном этапе ключевую роль иг-рают ВОЛС, а также то, что они сохранят свое доминирующее положение и в обозримом будущем. Однако стоящие перед те-лекоммуникационной отраслью задачи могут быть полностью решены только при условии модернизации технологий, исполь-зующихся на всех уровнях. В частности, анализ, проведенный в разделах 1 и 3, показывает, что имеются реальные предпосылки к превращению IP в универсальный транспортный протокол, а также отчетливо выраженные тенденции к созданию на плат-форме IP новых приложений и сервисов, в том числе и потенци-ально способных заменить традиционные виды телекоммуника-ционных услуг. Примером последнего может служить, в частно-сти, IP-телефония.

4.1. Развитие новейших Интернет-приложений

4.1.1. Развитие IP-телефонии

Не подлежит сомнению, что какое-то время IP-телефония бу-дет сосуществовать с традиционными телефонными сетями об-щего пользования. Поэтому важным является тот факт, что, бла-годаря введению целого ряда стандартов, стал возможен процесс постепенного перехода от традиционной телефонной технологии (коммутация каналов) к технологии пакетной коммутации. Эти стандарты описывают все основные варианты телефонной сессии в гетерогенной коммуникационной среде.

В смешанной телефонной сети возможно 5 вариантов теле-фонного разговора, проиллюстрированных на рисунке 16. Вари-анты смешанных взаимодействий обозначены цифрам 3, 4, 5. Функция межсистемного взаимодействия (IWF) [1] требует кон-вертации протоколов и адаптации:

• Адаптация сигнализации включает в себя трансляцию вхо-дящих сообщений и их обработку. В основном это установка со-единения и сброс.

• Управление средой включает в себя процесс идентифика-ции, обработки и трансляции специфичных событий, иницииро-ванных пользователем или терминалом.

• Адаптация среды включает в себя адаптацию данных голоса к каналу передачи данных транспортной сети.

Вариант № 1 предусматривает работу между двумя телефо-нами в стандартной телефонной сети и поэтому менее интересен для рассмотрения.

Рис. 16. Возможные схемы телефонных разговоров

Вариант № 2 предусматривает работу собственно Интернет-

телефонии, в которой сигнализация и кодирование сигнала про-изводятся в конечных системах и прозрачны для всей сети. Часть приложения реализована на основе TCP, часть – на UDP. Так, на-пример, TCP протокол используется для каналов сигнализации, как наиболее критичных к передаче с ошибками. Данные голоса передаются по UDP протоколу, но требуют синхронизации в при-емнике, для чего используется Real-Time протокол (RTP). Осно-вополагающим документом для голосовых сообщений является рекомендация H.323 ITU-T. Эта же рекомендация описывает весь комплекс мультимедийных сессий поверх сетей пакетной комму-тации. H.323 определяет три типа устройств: привратник, шлюз и терминал. Привратник – устройство, обеспечивающее управле-ние вызовами для терминалов. Примером такого контроля явля-ются трансляция адресов, авторизация вызовов и т. д. Шлюз от-

вечает за проведение всех трансляций, необходимых для переда-чи голосовых данных в гибридных сетях. Терминал и его компо-ненты приведены на рисунке 17.

Рис. 17. Схема H.323 терминала

4.1.2. Session Initiation Protocol (SIP)

Хотя первая версия H.323 появилась более трех лет назад, а версия 2 – около полутора лет назад, продукты с реализацией данного протокола еще недостаточно распространены. Причиной этому является недостаточное, в отличие, например, от случая ATM, осознание коммуникационной индустрией сути H.323. По мнению производителей оборудования, протокол H.323 является слишком «избыточным», что значительно осложняет совмести-мость соответствующего оборудования. Поэтому в настоящее время большинство усилий разработчиков и производителей на-правлено в первую очередь на «упрощение» технологии “голос через Интернет”. Иллюстрацией этого является, например, факт выпуска более чем 18 производителями [2] оборудования, осно-ванного на протоколе SIP (Session Initiation Protocol – RFC 2543),

спустя всего лишь 4 недели после опубликования данного прото-кола IETF.

Причина «непопулярности» H.323 кроется в следующем. H.323 развивался как продолжение стека протоколов: H.225.0 – для инициализации, ISDN Q.931 – для сигнализации, H.245 – для управления сессией и H.450 – для дополнительных сервисов [3]. Поскольку данный стек протоколов базируется на ISDN стандар-тах, то рассчитан он на применение только в соединениях “точ-ка – точка”. Это означает, что обычные телефонные услуги, такие как конференция, перенаправление вызова, транспорт вызова, не могут быть реализованы без помощи внешнего устройства, тако-го как, например MCU (multipoint control unit), которое должно управлять сессией. Необходимость поддерживать в таком режиме многоточечные соединения делает затруднительным проведение конференций с большим количеством участников. Каскадирова-ние MCU не дает в данном случае ощутимого облегчения задачи. Кроме того, учитывая, что MCU необходимы только для соеди-нения “точка – много точек” или для перенаправления сервисов, их применение в каскадном режиме значительно удорожает ин-фраструктуру. Применение H.323 усложняется вследствие насы-щенности его различными протоколами, а процесс передачи ин-формации превращается в 6 – 7-шаговую процедуру. В результа-те можно сделать заключение о том, что применение H.323 эффективно лишь в небольших организациях, где необходимы в основном “точка – точка” сессии.

Иначе обстоит дело с уже упоминавшимся протоколом SIP, который намного проще в установке и использовании. Установ-ление SIP соединения сходно с установлением HTTP сессии, по-скольку также основано на текстовых командах и заголовках па-кетов. Конечно, начальная фаза инициализации соединения про-исходит медленнее, чем H.323 соединения, но в целом установка соединения происходит за 1.5 цикла, т.е. в 4 раза быстрее, чем в H.323. Это объясняется использованием всего одного протокола в отличие от H.323, где применяется целый стек протоколов. Как и в случае http, неизвестная информация в заголовках пакетов иг-норируется. Все запрашиваемые сервисы устанавливаются при помощи заголовка REQUIRE. Если запрашиваемый вид сервиса недоступен, то идет возврат с кодом ошибки и указанием, какие

виды сервиса недоступны. В соответствии с этим пользователь может перезаказать сервис на упрощенном уровне. В SIP реали-зовано только четыре заголовка (TO, FROM, CALL-ID и CSEQ) и три типа запроса (INVITE, ACK и BYE). Поскольку принципы SIP сходны с принципами HTTP, он может быть легко расширен любым разработчиком. Особенностью протокола SIP является то, что добавляемые особенности “вытесняют” предыдущие, что по-зволяет оставаться протоколу небольшим и простым в использо-вании, в отличие от H.323, где новые опции добавляются на верхний уровень стека протоколов и делают данную специфика-цию весьма значительной по объему. Еще одной важной особен-ностью SIP является масштабируемость. SIP серверы и шлюзы могут находиться в стабильном и нестабильном состояниях. В нестабильной конфигурации вызовы проходят через сервер или шлюз и затем освобождают его, что позволяет серверу занимать-ся другими вызовами. Конференционные вызовы масштабируе-мы, потому что SIP может использовать UDP и TCP, делая кон-ференционные вызовы такими же простыми, как мультикастная сессия. Исходя из этой архитектуры большая конференция может быть образована без использования каскада MCU устройств или множества шлюзов. Еще одним важным отличием SIP от H.323 является следующее. Архитектура SIP – клиент/сервер, и она требует уровня управления вызовами на базе сервера, который отсутствует в модели с использованием шлюза и привратника, применяемые в большинстве H.323 конечных терминалов. Пер-вое, что делает SIP клиент [4], – находит сервер, обычно через DNS. SIP прокси-сервер может быть элементарно интегрирован в брандмауэр и транслятор сетевых адресов. Предлагаемые сейчас расширения в SIP протокол включают спецификации для управ-ления секретностью вызовов и требования QoS, основанные на профайлах пользователей в соответствии с сигнализацией об из-менениях условий в сети. Анализируя возможности SIP, можно сделать вывод о наибольшей эффективности использования дан-ного протокола в сетях большого размера и в конференциях с большим количеством участников.

Недавно появилась модификация протокола – SIP+, позво-ляющая осуществить конвергенцию с ТфОП. SIP+ упаковывает сигналы SS7, Q.931 или CAS в SIP сообщение. Поскольку SIP ос-

нован на сообщениях электронной почты, SIP+ транспортирует бинарные сигналы как MIME добавления к SIP сообщению. Ко-дирование MIME позволяет “туннелировать” сигналы между уз-лами MGC (Media gateway Controller), при этом используется SUBTYPE для информирования MGC о типе сообщения (SS7, Q.931 или CAS), которое было закодировано. Вызовы, приходя-щие из ТфОП, могут использовать процедуру многошагового по-иска SIP для маршрутизации вызова к абоненту. Вызовы также могут быть инициированы одним оператором и приняты другим оператором с использованием NNI (Network-to-Network Interface), где сигнализация передается через шлюз к MGC. SIP+, давая воз-можность MGC-MGC взаимодействия, позволяет передавать вы-зовы из одной ТфОП в другую ТфОП с использованием IP сети.

4.1.3. Передача видеоизображения через Интернет

Одной из предпосылок превращения Интернет в универсаль-ную и доминирующую коммуникационную среду являются успе-хи в развитии технологии передачи видеосигналов поверх IP. Эти успехи, в свою очередь, обусловлены достижениями в методах компрессии/декомпрессии данных. Указанные достижения иллю-стрирует таблица 15, в которой приведены краткие характеристи-ки наиболее часто применяемых сегодня кодеков видеосигнала [5]. Не меньшую роль играет и появление на потребительском рынке соответствующего видеооборудования.

Последние поколения сравнительно недорогих цифровых ка-мер [6] позволяют передавать высококачественные видеосигналы в режиме реального времени. При этом они подключаются непо-средственно к компьютеру. Имеется также широкий спектр про-граммных средств для распространения указанных видеосигна-лов через Интернет. Как видно из таблицы 15, единственным ог-раничением для массового использования данной технологии остаются высокие требования к скорости передачи данных (не менее 15 Мбит/с). К сожалению, указанное ограничение не сни-мает и более эффективная схема компрессии видеоданных, на-пример JPEG. Однако в случае прогнозируемого (см. разделы 1.2, 2.7) успешного развития гигабитных сетей, позволяющих резко повысить скорость передачи мультимедийных данных, появляет-

ся принципиальная возможность отказа от компрессии как для видео, так и для аудиосигналов, что значительно упростит и уде-шевит устройства ввода-вывода. Предполагается, что в течение ближайших нескольких лет цифровые камеры (например DVD), как одно из самых последних технологических решений, вытес-нят устаревшие аналоговые домашние камеры.

Характеристики кодeков видеосигнала

Характери-стика

Кодeк

H. 263 MPEG- 1

SDTV MPEG-2 Main Pro-file@ Main

HDTV: MPEG-2 MainPro-

file@High Level

Необходимая пропускная способность

<= 128 Кбит/с

~1.5 Мбит/с

3Мбит/с-15Мбит/с

Более 15 Мбит/с

Разрешение окна

QCIF: 120x176

CIF: 240x352

704x480 1920x1080

Скорость пе-редачи кад-ров

< 15 кадров/с

30 кадров/с

30 кадров/с 30 кадров/с

Возможная среда пере-дачи данных

Выделен-ные теле-фонные линии, 10 Мбит/с Ethernet

10 Мбит/с Ethernet

100 Мбит/с Ethernet, ATM (155 Мбит/с), POS, IP opti-cal

ATM (155 Мбит/с, 622 Мбит/с), POS, IP optical

Возможные применения

Видеокон-ференции с низким ка-чеством ви-деосигна-ла – телесо-вещание

Видео-конферен-ции со средним качеством видеосиг-нала – в конфе-ренц-комнатах

Видеоконфе-ренции с вы-соким каче-ством видео-сигнала – дистанцион-ное образо-вание, теле-медицина (теледиагно-стика)

Видеоконфе-ренции с очень высоким качест-вом видеосигна-ла – тонкая те-лехирургия

4.2. Интернет как единая телекоммуникационная среда

Как уже отмечалось, исходя из перечисленных выше предпо-сылок, можно предположить, что, скорее всего, Интернет будет постепенно превращаться в универсальное средство передачи всех видов информации. В этом случае в качестве транспортной среды должна использоваться коммуникационная инфраструкту-ра, обеспечивающая максимально эффективное распространение именно IP пакетов. На сегодняшний день большинство операто-ров поддерживают ATM, как основное сетевое решение, обеспе-чивающее различные классы сервиса. На сегодняшний день ATM действительно универсальное и оптимальное решение, позво-ляющее отказаться от необходимости арендовать выделенные линии для построения частных сетей, использовать SONET/SDH TDM для голосовой телефонии и цифровые каналы для видеове-щания. В то же время АТМ имеет, с точки зрения сетевых опера-торов, целый ряд недостатков.

В частности, процесс установления SVC в АТМ сетях, как известно, может происходить со значительным и временными за-держками, что резко снижает производительность сети. Кроме того, стоимость оборудования ATM-сетей существенно превос-ходит стоимость маршрутизирующих комплексов IP-сетей срав-нимой производительности.

Таким образом, если сравнивать работу IP/ATM/Fiber с рабо-той маршрутизаторов нового класса с пропускной способностью в несколько Терабит/с, ATM можно охарактеризовать как допол-нительный уровень, влияющий на сложность и стоимость комму-никационной системы, а с введением IPv6 – дублирующий функ-ции обеспечения качества и надежности.

Если же рассматривать работу IP поверх существующих SONET/SDH сетей, то можно сказать следующее. SONET/SDH инфраструктуры отличаются высокой устойчивостью и временем реакции на сбой. Как известно, благодаря своей кольцевой топо-логии, время, необходимое на поиск альтернативного пути и пе-реключения на него в случае сбоя, равно в данных сетях пример-но 50 мсек. Однако точно такой же механизм имеется в Интернет сетях. Поэтому при условии работы Интернет по оптоволокон-

ным сетям уровень SDH/SONET представляется также избыточ-ным, помимо того, что он так же, как и ATM сложен в управле-нии. Кроме того, маршрутизатор может работать с асимметрич-ным трафиком, характеризующимся разной плотностью трафика на приеме и на передаче. Сети SDH/SONET могут работать толь-ко со сбалансированным трафиком.

Поскольку оба упомянутых выше решения IP/ATM и IP/SDH не смогли удовлетворить требования сетевых операторов, в по-следние годы были предприняты значительные усилия по поиску альтернативных решений.

В частности, протокол MPLS обещает стать равноценной за-меной АТМ. Этот протокол так же, как ATM, является много-функциональным, но обладает рядом дополнительных преиму-ществ.

4.2.1. Мультиплексирование по длине волны (Wavelength division multiplexing)

Как уже отмечалось в предыдущих главах (разделы 1 и 2), новое поколение телекоммуникационных сетей будет строиться на базе волоконно-оптического кабеля, а применение WDM-технологии позволит увеличивать общую пропускную способ-ность сетей практически неограниченно, причем с использовани-ем тех же электронных интерфейсов, что использовались в сетях предыдущего поколения.

Отличием WDM от предшествующих технологий передачи сигнала по ВОЛС является использование не одной несущей длины волны, а дискретного набора длин волн. На рисунке 18 представлен спектр и оптимальный диапазон длин волн для WDM.

Развитие WDM-технологии происходило в несколько этапов [7]: Первое поколение WDM-систем характеризовалось исполь-

зованием только двух дискретных длин волн – 1310 и 1550 нм. Основные усилия были направлены на развитие систем для всего спектра телекоммуникационных сетей, как междугородных, так и городских. Основным результатом, достигнутым на этом этапе, была существенная экономия кабеля.

Рис. 18. Оптимальный диапазон длин волн для WDM

Второе поколение характеризовалось появлением техноло-гии DWDM. На этом этапе использовался набор длин волн в диа-пазоне 1550 нм. В одной оптоволоконной жиле одновременно пе-редавалось от 8 до 16 потоков с разной длиной волны. Кроме то-го, стали применяться оптические усилители. Приоритетным направлением разработок являлось создание систем, ориентиро-ванных на применение в магистральных сетях. DWDM-системы использовались, главным образом, для SONET/SDH двухточеч-ных соединений. Третье поколение положило начало созданию полностью

оптических телекоммуникационных инфраструктур. При этом, вследствие роста числа корпоративных сетей, а также общего числа корпоративных и частных пользователей Интернет, при-оритет был отдан системам для сетей городского масштаба. Было вдвое увеличено количество длин волн (16 – 32), и стала приме-няться кольцевая топология. В результате была создана прото-кольно-независимая архитектура, достигнута повышенная на-дежность коммуникационной среды и гибкость в предоставлении сервиса.

Современный этап характеризуется дальнейшим развитием на качественно новом уровне систем для всех типов сетей и ори-

ентацией на «полностью оптические» сетевые инфраструктуры. Уже существуют устройства, обеспечивающие передачу инфор-мации с использованием более 100 длин волн. Ожидается, что в ближайшем будущем коммутации в транспортной среде будут производиться на оптическом уровне. Благодаря этому будет обеспечена повышенная гибкость сетевой топологии, недости-жимая на предыдущих этапах.

На всех этапах дополнительным стимулом внедрения WDM являлась предоставляемая возможность постепенного перехода от унаследованных цифровых технологий канального уровня к IP поверх оптического волокна.

Внешняя простота WDM-технологии обеспечивается исполь-зованием целого ряда высокотехнологичных компонент.

Одним из ключевых и самых дорогостоящих элементов WDM-системы является наличие набора высокопроизводитель-ных лазеров – по одному для каждой из длин волн, использую-щихся в WDM системе (рис. 19). Эти лазеры должны быть устой-чивы и способны работать в очень узком интервале длин волн.

Рис. 19. Система WDM

Для преодоления затухания сигнала необходимы усилители. До недавних пор усиление сигнала осуществлялось только при помощи электрических усилителей. Настоящим прорывом в об-ласти передачи светового сигнала явилось создание сверхширо-кополосных оптических усилителей (EDFA). Устройства состоят из двух параллельно включенных усилителей, один из которых содержит активное волокно, легированное эрбием и ионами ту-лия. Для выравнивания коэффициентов усиления в схему вклю-чен эквалайзер. Усиление оптического сигнала происходит в

диапазоне длин волн 153-1610 нм с коэффициентом усиления G=20 при коэффициенте шума менее 7.5 дБ. Существующие в на-стоящее время лазеры могут передавать без усиления сигнал на расстояние около 80 км со скоростью 2.5 Гбит/с и на расстояние 50 км со скоростью 10 Гбит/с. Поэтому большинство муници-пальных WDM-сетей в мире в основном не требуют усиления ка-кого-либо типа. Следует отметить, что в силу технологических особенностей EDFA-усилители требуют после 5 – 6-элементного каскада применения электрического усилителя.

Повторители в WDM-сетях большой протяженности делятся на 3 класса.

• “Полностью прозрачный” повторитель просто повторяет сигнал, сохраняя его параметры. Примером является упомянутый выше повторитель типа EDFA.

• Повторитель, прозрачный для цифрового сигнала, конвер-тирует сигнал из оптической формы в электронную, повторяет электрический импульс, конвертирует импульс в оптическую форму и передает его.

• Третий тип повторителей осуществляет дополнительно синхронизацию в процессе усиления сигнала.

Следующим важным элементом оптической сети являются транспондеры, которые обеспечивают преобразование посту-пающего от маршрутизатора электрического сигнала в оптиче-скую форму и, кроме того, адаптируют его к стандартизирован-ной длине волны.

В MAN (Metropolitan Area Network) системах могут также применяться оптоволоконные мультиплексоры – add-drop multi-plexors (ADM). ADM выборочно прерывает или добавляет спе-цифичную длину волны в WDM-системе.

Сеть, ориентированная на обеспечение доступа в Интернет, построенная на базе оптического волокна, имеет ряд особенно-стей и заслуживает специального рассмотрения. К числу упомя-нутых особенностей относятся:

• Базовая архитектура. Ее принципиальной особенностью является использование WDM высокой плотности. Число длин волн, используемых на различных участках сети, меняется с по-мощью WDM-сплиттеров, называемых также оптическими ADM. WDM-сплиттер является пассивным устройством, которое ис-

пользует принцип разделения света в призме на световые пучки разных длин волн. Выходы и входы WDM-сплиттера являются оптоволоконными интерфейсами, передающими данные на нуж-ной длине волны либо в SONET/SDH оборудование, либо в IP-маршрутизатор. Преимуществом данной архитектуры является возможность распределять трафик таким образом, чтобы учиты-вались особенности Интернет трафика с точки зрения его асим-метрии, то есть возможность варьировать на различных участках сети число длин волн для передачи данных в том или другом на-правлении. (Существующие телекоммуникационные системы не могут обеспечивать подобную асимметрию, поскольку изначаль-но созданы в рамках симметричной “телефонной” идеологии.) Недостатком данной архитектуры является невозможность осу-ществлять упомянутые выше вариации оперативно, а следова-тельно, необходимость заблаговременно знать плотность пото-ков, что далеко не всегда возможно. Стремление преодолеть этот недостаток побудило многие компании начать разработку и про-изводство оптических коммутаторов.

• Отличие архитектуры WAN и MAN IP-сетей. Для город-ских сетей (MAN), в том числе и муниципальных, характерно как их использование для решения ряда специфических задач (мони-торинг, управление и проч.), так и наличие широкого спектра различных специфических групп пользователей. Поэтому для них особое значение приобретает возможность выделения отдельного светового канала для решения определенного круга задач или об-служивания специфической группы пользователей. В WAN сис-темах, в силу большой протяженности, необходимо использова-ние усилителей. Поэтому коммутация и маршрутизация происхо-дят здесь сначала на уровне электронных устройств, и лишь затем агрегированный сигнал передается в WDM систему. Пре-имуществом архитектуры, в которой маршрутизатор подсоединен непосредственно к WDM-сплиттеру, является то, что маршрути-затор осуществляет непосредственное управлением трафиком на всех волокнах в кольце. Это, в частности, означает, что между двумя маршрутизаторами имеется два параллельных пути, благо-даря чему может быть обеспечена требуемая асимметрия потоков данных.

• Гибридная сеть имеет смысл в период, когда физически доступная емкость ВОЛС на участке «последней мили» не вос-требована полностью, а, следовательно, создание полностью оп-товолоконной сети экономически не оправдано в силу высокой стоимости элементов WDM. В этом случае, например, можно ис-пользовать один оптический канал для высокоскоростной пере-дачи, а прием низкоскоростного трафика может вестись с исполь-зованием ATM PVC или SONET/SDH канала.

Как уже отмечалось ранее, все преимущества новой комму-никационной инфраструктуры могут быть эффективно использо-ваны только в случае модернизации технологий всех уровней. В частности, с целью оптимизации управления потоками данных в современных волоконно-оптических сетях создаются новые про-токолы, одним из примеров которых может служить технология динамической передачи пакетов, DTP (Dynamic Packet Transport Protocol) компании Cisco Systems.

4.2.2. Dynamic Packet Transport Protocol

Предпосылками для создания нового протокола канального уровня являются следующие недостатки в работе протокола по-верх SONET/SDH:

• Неэффективность использования полосы пропускания. SONET/SDH кольца имеют специальные тайм-слоты, которые постоянно резервируют половину пропускной способности. Кро-ме того, поскольку SDH (SONET) относятся к классу TDM-технологий, то выделяется фиксированная полоса пропускания для “точка-точка” соединений независимо от ее реальной загру-женности.

• Высокая стоимость и сложность. Попытка преодолеть пе-речисленные выше недостатки была сделана при разработке про-токола DPT (Dynamic Packet Transport Protocol). DPT кольцо (рис. 20) состоит из двух противоположно направленных воло-кон, каждое из которых используется на конкурентной основе для передачи данных и управляющих пакетов.

Рис. 20. Кольцо DPT

Поскольку DPT использует структуру кадра SDH/SONET, то она может быть использована поверх любой инфраструктуры, включая:

• Сырое волокно, • WDM, • SONET/SDH “точка – точка” и кольцо. Данная способность к инфраструктурной прозрачности по-

зволяет DPT функционировать и в гибридной среде. Естественно, DPT может работать поверх оптического волокна любого типа:

• многомодового для внутриузловых соединений; • одномодового для больших расстояний при реализации в

MAN и WAN сетях, а также сетях национального значения. Одним из преимуществ DPT является: • Эффективность использования кольцевой топологии. В от-

личие от других кольцевых технологий, таких как FDDI и Token Ring, где данные удаляются из кольца только после подтвержде-ния о получении их адресатом, передаются, здесь они удаляются

получателем и, следовательно, не используют дополнительную пропускную способность.

• Алгоритм “справедливого” использования. На каждом узле кольца запущена процедура данного алгоритма, позволяющая из-бежать штормовых нагрузок на кольцо и оптимизировать переда-чу пакетов до адресатов.

• Двойное кольцо. Оба кольца DPT используются конкури-рующим образом для передачи трафика.

• Статистическое мультиплексирование. В отличие от TDM не используются тайм-слоты и нет зарезервированной полосы пропускания. DPT анализирует использование кольца различны-ми узлами и выделяет полосу пропускания с очень гибкой проце-дурой буферизации.

DPT имеет еще несколько особенностей, известных как Intelligent Protection Swintching(IPS) для проведения мониторинга производительности, быстрого восстановления обычной тополо-гии и IP сервиса после неблагоприятных событий. Подобно меха-низму APS, существующему в SONET/SDH, IPS производит:

• мониторинг производительности кольца и выявление мест неполадок, и их изоляцию посредством SONET/SDH дополни-тельных байтов;

• 50-мс восстановление соединений и заворот кольца после определения неполадки на физическом уровне;

• выстраивание иерархии коммутации в случае множествен-ных столкновений или неполадок.

Однако в отличие от APS, IPS производит дополнительные действия, оптимизирующие общую работу:

• не использует SONET/SDH подзаголовки в пакетах, если работа не производится поверх инфраструктуры SDH/SONET;

• производит 50-мс восстановление IP соединений без изме-нения таблиц маршрутизации;

• требует не четко определенной зарезервированной полосы пропускания и оптимально изменяет путь следования пакетов, когда кольцо заворачивается;

• многоуровневая осведомленность – IPS мониторит и управ-ляет событиями на физическом, канальном и сетевом уровнях;

• производит plug-and-play действия – не требуется заранее конфигурировать вновь подключаемые устройства.

Экономическая эффективность использование DTP-кольца по сравнению с SONET/SDH может быть продемонстрирована на примере оператора IP-сети, имеющего быстро растущую сеть с 42 региональными узлами и 4 высокопроизводительными маршру-тизаторами, стоящими на опорной сети. Предполагается, что ка-ждый региональный узел имеет 2 маршрутизатора с 155 Мбит/с соединениями.

Стоимость системы SONET/SDH: • POS интерфейсы для маршрутизатора – 504,000$; • SONET/SDH ADM интерфейсы для низкоскоростных мар-

шрутизаторов – 189,000$; • Общее оборудование для 6 SONET/SDH OC-48 колец –

822,000 $; • SONET/SDH ADM интерфейсы для высокоскоростных

маршрутизаторов – 189,000$; • Платы для высокоскоростных маршрутизаторов, включаю-

щие 4 порта OC-3 POS, – 777,000$; • OC-12 полносвязная топология между высокоскоростными

маршрутизаторами – 400,000$. Общая стоимость – 2,881,000 $ Стоимость кольцевой DPT-системы: • Карты доступа для низкоскоростных маршрутизаторов –

504,000$; • Карты доступа для высокоскоростных маршрутизаторов –

217,000$; • Высокоскоростные карты для высокоскоростных маршру-

тизаторов – 360,000$. Общая стоимость – 1,081,000$. Таким образом, за счет использования DPT-технологии дос-

тигается троекратное снижение капитальных затрат. По мнению аналитиков Комиссии по Информационным тех-

нологиям Швеции [8], оптимальной с точки зрения гарантиро-ванной пропускной способности могла бы стать “гиперкубиче-ская топология”. Представляется, что именно DPT технология могла бы стать ее основой. На рисунке 21 приведен пример ги-перкубической сети.

Рис. 21. Гиперкубическая сетевая топология

Реализации прототипов новой транспортной среды

Примером наиболее масштабной и успешной реализации концепции «оптического Интернет» является канадская нацио-нальная сеть CA*netIII. Данный проект осуществлялся в рамках национальной программы телекоммуникаций в 1998 году. Его отличие от всех предшествующих проектов высокоскоростных сетей заключалось в том, что во всех предыдущих случаях созда-ваемые сети были ориентированны на обеспечение традиционно-го стандартного набора телекоммуникационных услуг, тогда как проект CA*netIII предполагал передачу преимущественно Ин-тернет-трафика.

В результате проекта была построена волоконно-оптическая сеть на основе WDM-технологии с использованием 8 длин опти-ческих волн с суммарной пропускной способностью, соответст-вующей стандарту OC-192. Сеть объединила трафиком 13 высо-копроизводительных точек обмена, оснащенных высокопроизво-дительными маршрутизаторами фирмы-производителя Cisco Sys-tems 12008-GSR. Схема сети CA*netIII приведена на рисунке 22.

Рис. 22. Канадская национальная сеть CA*net3

Успешное создание CA*netIII определило технические пред-посылки и инициировало реализацию целого ряда крупномас-штабных канадских проектов и национальных программ, посвя-щенных развитию высокоскоростных сетей: “Гигабитный Интер-нет – в каждый дом Канады к 2005 году” (GITH), “Гигабитный Интернет – в каждую канадскую школу” (GITS) и “Гигабитный Интернет – в каждую канадскую библиотеку” (GITL).

Обоснованием проекта GITH стало концептуальное положе-ние, согласно которому формирование и развитие информацион-ного общества невозможно без решения технологической задачи “последней мили”. Стратегия проекта предполагает развитие сети нового поколения, в которой одновременно решались бы задачи передачи всех видов трафика. Преимуществом такой сети являет-ся возможность потенциального потребителя использовать имен-но ту полосу пропускания, которая ему реально нужна – от не-скольких Мбит/с до нескольких Гбит/с. Это обеспечивается раз-личными вариантами: индивидуальные оптические волокна,

индивидуальные длины волн или непосредственное статистиче-ское мультиплексирование.

Экономическое обоснование для построения чисто волокон-но-оптической сети следующее. Технология FTTH требует капи-таловложений порядка 1500 – 3000$ на одного пользователя (до-мовладельца). Это в 2 – 3 раза больше, чем подключение по вы-деленной телефонной линии (900 – 1200$) или подключение при помощи телевизионного кабеля (600 – 900$). Подключение с ис-пользованием гибридной (HFC) технологии требует около 1200 – 1500$. По мнению специалистов Bellcore, от 20 до 60 % от общей стоимости составляют затраты на сеть доступа. Остальная часть затрат в любом случае идет на опорную сеть. Таким образом, GITH архитектура предполагает затраты порядка 750$ для сети доступа, порядка 100$ для ввода волоконно-оптического кабеля непосредственно в дом и стоимость аренды порядка 36$. Итого – 900 – 1000$ для одного потребителя.

Если провести сравнение с кабельными модемами или xDSL решениями, то для них капитальные вложения составляют поряд-ка 500$ для каждого потребителя. Однако они менее востребова-ны из-за амортизации. Таким образом, хотя стоимость системы GITH оказывается в 2 раза выше в расчете на одного потребите-ля, но ее цикл амортизации больше на 20 – 30 лет, чем у xDSL и кабельных модемов.

Еще одним интересным примером является опыт развития сети типа FTTH в Пало-Альто [9]. Сеть строится на средства го-родского бюджета и находится во владении муниципалитета.

Отличительные черты данного города: • средний и выше среднего годовой доход жителей города; • соседствует со Стэнфордским университетом; • город владеет разнообразными жизнеобеспечивающими

инфраструктурами – газом, электричеством, водой; • высокий процент инженеров – системотехников, програм-

мистов и других специалистов в области компьютерных техноло-гий среди населения;

• наличие точки межсетевого обмена IP-трафиком; • созданное в 1997 году оптоволоконное кольцо. В ходе реализации данного проекта сначала была построена

опытная сеть, основная задача которой была передача данных

Интернет. Были использованы технологии на канальном уровне – 10/100 Мбит/с Ethernet на основе оптоволоконного кабеля. Выбор оптоволокна был сделан на основе сравнительного анализа воз-можностей и цен (табл. 16) на различные виды технологий, рас-пространенные в Пало-Альто.

Сравнение цен и характеристик различных видов телекоммуникационных услуг в Пало-Альто (США)

Вид услуги Физическая среда

Скорость передачи данных

(Кбит/с)

Тариф ($/месяц)

Телефонный модем Витая пара 56 20 ISDN Витая пара 128 55 ADSL Витая пара 384 49 Модем CATV Коаксиальный кабель 500 50 T1(HDSL) Витая пара 1500 900 FTTH @10Мбит/с Оптоволокно 10000 70 FTTH @ 100 Мбит/с Оптоволокно 100000 180

Создания полномасштабной сети было завершено к 2002 го-

ду. Общий бюджет проекта составил 25 млн. долл. США (с уче-том того, что строительство 1 метра волоконно-оптической сети обошлось в 7-15$).

Преимущества внедрения новейших оптоволоконных техно-логий:

• С возникновением новых оптоволоконных технологий (сы-рое волокно, находящееся во владении пользователя, выделенные длины волн, приобретенные пользователями, 10 Гбит/с Ethernet и т.д.) пользователь получает возможность строить сети на физиче-ском уровне так же легко, как он строил виртуальные сети.

• Используя данную возможность, мир телекоммуникаций будущего может вовлечь тысячи потребителей в процесс по-строения собственных сетей на физическом уровне так же, как это было на виртуальном уровне.

Литература

1. Voice service interworking for PSTN and IP Networks, Maher Ham-di,Oliver Versheure, Jean-Pierre Hubaux, IEEE Communications Magazine May 1999

2. “When Good Standards Go Bad”, David Willis, 23August 1999, Net-work Computing, www.network-computing.com

3. Translating Menus at the VoIP Cafe, Darrin Woods, Network Compu-ting, Issue:1026, December 1999, (http://www.network-computing.com)

4. “The Future is SIP”, David Willis, Network Computing, 20 september 1999 (http://www.network-computing.com)

5. Redefining Telemedicine: HDTV Videoconference Links. Doctors from around the World, Gilles Gagnon Communications Research Centre, CANA-RIE’s Advanced Network workshop, 1998

6. Gigabit Internet to every Canadian Home by 2005, Bill St. Aranaud , (http://www.canarie.ca)

7. All Optical Networking Consortium WDM Description, (http://www. aon. com)

8. The Information Technology Commission overall assignment is to ana-lyze the impact of information technology on the Swedish society, Peter Loth-berg, 5th CANARIE’s Annual Advanced Networking workshop, 1999, (http://www.canarie.com)

9. The Palo Alto Fiber to the Home Trial A Work in Progress, Ken Poulton, Palo Alto Fiber Network, 5th CANARIE’s Annual Advanced Networking work-shop,1999, (http://www.canarie.com)

Учебное издание

Русаков Александр Ильич Зеленков Юрий Александрович

Принципы организации современных широкополосных сетей интегрированных услуг

Учебное пособие

Редактор, корректор Л.Н. Селиванова Компьютерная верстка И.Н. Ивановой

Подписано в печать 15.02.2006 г. Формат 60×84/16. Бумага тип. Усл. печ. ед. 7,9. Уч.-изд. л. 6,5.

Тираж 100 экз. Заказ .

Оригинал-макет подготовлен редакционно-издательским отделом ЯрГУ. Ярославский государственный университет

150000 Ярославль, ул. Советская, 14

Отпечатано ООО «Ремдер» ЛР ИД № 06151 от 26.10.2001

г. Ярославль, пр. Октября, 94, оф. 37 тел. (4852) 73-35-03, 58-03-48, факс 58-03-49

603.принципы организации современных широкополосных...

Documents

Департамент интегрированных территориальных решений

История компьютерных сетей

603.принципы организации современных широкополосных сетей интегрированных услуг учебное пособие

Канибализация трафика в интегрированных коммуникациях: почему сеошник с контекстником подрались

Опыт создания интегрированных информационно-аналитических систем обеспечения градостроительной

Внедрение современных технологий

Реализация интегрированных с Seam конвертеров для jBPM

АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ УТИЛИТАРНЫХ …amit 2 (35) 2016 1 АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ УТИЛИТАРНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ

Специфика защиты конечных точек современных высокотехнологичных корпоративных сетей

В современных - vlsu.rufdino.vlsu.ru/fileadmin/KDO/Perekusihina_N_A/...В современных условиях любое образовательное учреждение

Построение беспроводных сетей

Технологии интегрированных коммуникаций

Научно исследовательская работа на тему: «Влияние социальных сетей на современных школьников»

институт интегрированных форм обучения и мониторинга1

Методология применения Интегрированных систем управления государственными финансами в

Возможности современных беспроводных сетей Cisco

Функциональность современных беспроводных сетей Cisco

Трансформации современных гаджетов

Обзор современных CMS

Использование современных … - seminar...1 Использование современных информационных технологий в работе