Мультисервисные сети ATM. Магистральная сеть передачи данных в Казахстане

Эксплуатация мультисервисных сетей. Сбылись ли предсказания?

Десятилетие назад ожидалось, что для службы эксплуатации мультисервисные сети станут своего рода пороховым погребом, вызвав серьезные трудности. Однако в Банке России модернизированная до уровня мультисервисной магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети успешно эксплуатируется.

Статус кво

Магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети (МК ЕТКБС) представляет собой магистральную сеть, обеспечивающую передачу трафика различных систем и сетей между пользователями территориальных учреждений и центрального аппарата, а также других подразделений Банка России. Узлы МК ЕТКБС расположены во всех 78 регионах России от Калининграда до Анадыря. Сеть построена по схеме «звезда» с центральным узлом (ЦУ ЕТКБС) в Москве и рокадными связями между некоторыми узлами региональных сегментов (ЦУ РС ЕТКБС) (рис. 1). (В Московском регионе пользователи Банка России доступ к МК ЕТКБС получают через мультисервисную телекоммуникационную банковскую сеть, подробнее о которой см. «ИКС» № 8-9’2013, с. 62. - Прим. ред.)

МК ЕТКБС была введена в эксплуатацию в 2000 г. и до сих пор успешно функционирует. Технологически она представляет собой классическую сеть с разделением голосового трафика (протокол ISDN) и трафика данных (связка протоколов IP/Frame Relay). При всех достоинствах такой архитектуры - статистическом мультиплексировании, гарантирующем эффективное использование пропускной способности канала, простоте и отработанности технологии с малой протокольной избыточностью и т.д. - со временем стали все более выпукло проявляться ее недостатки:


1.
Наличие единой точки отказа - магистральное оборудование в территориальных учреждениях Банка России размещалось только на одной площадке. Этот недостаток был не так заметен при распределенной обработке информации, но сделался очевидным при централизации банковских процессов. На момент создания первой версии МК ЕТКБС требования к доступности сервисов были более мягкими.

2. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности магистральных каналов связи между голосовым трафиком и трафиком передачи данных, так как полосы пропускания закрепляются за протоколами Frame Relay и ISDN при настройке каждого тракта.

3. Ограниченность функций управления потоками данных. Для каждого виртуального соединения в сети FR устанавливается параметр CIR - гарантированная информационная скорость, которую сеть «обязуется» поддерживать по этому соединению. Если кадры поступают со скоростью, превышающей CIR, то при наличии свободных ресурсов они передаются с установленным битом DE (discard eligibility), разрешающим сети их сброс в случае перегрузки. При этом в случае нехватки свободных ресурсов неизбежно происходит потеря кадров, после чего требуется их повторная передача, которая из-за отсутствия в протоколе IP механизмов гарантированной доставки возлагается на протокол транспортного уровня TCP. Все, что может сеть FR сделать в данной ситуации, - это отправить в направлении приема и передачи биты уведомления о перегрузке FECN/BECN, заставляющие оконечное оборудование Frame Relay снизить скорость отправки информации.

4. Ограниченность функций обеспечения качества обслуживания (QoS). Так, являясь протоколом канального (второго в модели OSI) уровня, Frame Relay не имеет средств обмена служебной информацией с протоколами вышележащих уровней. Поэтому в сети FR отсутствует возможность классификации трафика по типам - real time, business critical, best effort и т.д. Единственный способ разделить эти потоки данных - использовать для каждого из них свое виртуальное соединение и назначить соответствующие параметры и приоритеты. Но внутри каждого такого виртуального канала все приложения все равно будут обслуживаться одинаково, по принципу «первый пришел, первый ушел».

Требуется модернизация

Можно констатировать: транспортная сеть МК ЕТКБС, построенная на технологии FR/ISDN, долгое время справлялась со своими задачами передачи информации, обеспечивая достаточную эффективность сетей связи Банка России. Но к 2010 г., в связи с переходом Банка России на централизованную обработку информации и внедрением системы платежей в реальном времени требования к пропускной способности ЕТКБС, качеству услуг связи и их доступности серьезно выросли. Это поставило вопрос о замене технологии FR на более современную и эффективную, а также об изменении архитектуры МК ЕТКБС.

На первый взгляд, заменить FR/ISDN призвана технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode), сформировавшаяся как расширение протокола ISDN - Broadband ISDN, B-ISDN. Протокол Frame Relay также был создан на основе ISDN, только за счет уменьшения функциональности. В АТМ мультисервисность заложили изначально, были предусмотрены гибкие средства управления потоками данных и обеспечения качества обслуживания, мощная 20-байтная адресация. Казалось бы, для триумфа АТМ было сделано все, и этот триумф состоялся бы... но побеждать надо было не «старичка» FR. На арену вышел протокол IP, который завоевал весь мир в качестве универсальной телекоммуникационной технологии. Сети АТМ столкнулись с необходимостью передачи IP-трафика, но особенности протокола IP коренным образом расходятся с идеологией АТМ. Главное - АТМ ориентирована на установление соединений, протокол IP работает без установления соединения. Вторая проблема - маршрутизация IP-пакетов по сетям АТМ. Созданный для интеграции с IP-сетями ATM adaptation level 5 (AAL5) слишком нерационально использовал полосу пропускания вследствие больших накладных расходов. А механизм взаимного преобразования адресов оказался слишком сложным. В результате технология АТМ постепенно утратила свои позиции, несмотря на гораздо более широкую функциональность по сравнению с протоколами FR и ISDN.

В московском сегменте ЕТКБС подсеть АТМ относительно успешно функционировала в течение 11 лет. Использовалась она исключительно в качестве базового транспорта для передачи данных, как посредством выделенных VP-туннелей, так и по протоколу LANE (LAN Emulation), весьма сложному в части настройки и диагностики отказов. Но вследствие описанных выше сложностей сеть АТМ не получила дальнейшего развития и в 2011 г. была окончательно выведена из эксплуатации.

А что же взамен? Наиболее достойный кандидат - и практически единственный! - технология мультипротокольной коммутации по меткам (Multi Protocol Label Switching, MPLS). Выбор ее в качестве базовой при построении перспективной МК ЕТКБС основывался на проведенных в 2003-2008 гг. в Банке России экспериментальных работах.

В 2007 г. в Москве, Вологде, Орле и Перми был создан опытный участок, который в дальнейшем стал ядром новой магистральной сети. На этом участке с использованием как имитаторов полезной нагрузки, так и реального информационного трафика Банка России были проведены нагрузочные испытания, в целом показавшие эффективность технологии MPLS, полную ее совместимость с оборудованием других подсистем МК ЕТКБС и соответствие всем требованиям, которые бизнес-процессы Банка России предъявляют к магистральной сети связи.


Новая магистральная компонента

В 2009-2011 гг. в Москве и 78 территориальных учреждениях Банка России на основе технологии MPLS была создана новая магистральная компонента ЕТКБС, лишенная недостатков сетей FR/ISDN. За счет организации в регионах резервных площадок была также повышена отказоустойчивость (рис. 2).

Благодаря применению универсального транспорта IP/MPLS в новой сети была достигнута полная интеграция сервисов и реализовано динамическое перераспределение пропускной способности магистральных каналов связи.

Использование технологий IP/MPLS позволяет комбинировать разные модели обеспечения сквозного качества обслуживания - IntServ (Integrated Services Model) и DiffServ (Differentiated Services Model). Модель IntServ поддерживает QoS на основе резервирования полосы пропускания и управления потоками данных. При этом протокол MPLS предоставляет больше, чем FR, возможностей инжиниринга трафика. Модель DiffServ обеспечивает QoS на основе классификации и маркировки трафика на границах сети.

Изначально в концепции развития МК ЕТКБС было предусмотрено три класса трафика:

    приложения реального времени (аналог класса real time);

    критические приложения (аналог класса business critical);

    стандартные приложения (аналог класса best effort).

К первому классу были отнесены сервисы сети ведомственной телефонной связи и видеоконференц-связи, ко второму - приложения платежной сети, к третьему - приложения информационной сети (электронная почта, интранет-порталы, электронный документооборот и др.). Однако банковская деятельность при всей своей регламентированности весьма разнообразна, и трафик используемых в Банке России приложений в прокрустово ложе трех классов уложить сложно. Именно сочетание технологий IP и MPLS придало ИТ-инфраструктуре Банка России необходимую гибкость, обеспечило требуемое качество и высокую доступность сервисов.

Но подобная гибкость имеет свою цену, любые преимущества сопровождаются вытекающими из них недостатками. Так, дополнительная протокольная избыточность привела к тому, что в старой магистральной сети один телефонный вызов занимает полосу 8 кбит/с, в новой - около 30 кбит/с. Но это неизбежная и осознанная плата за мультисервисность.

Взорвалось или нет?

Внимательный читатель непременно спросит - хорошо, новые сети построены на основе «самого свежего пороха» технологий мультисервисных сетей, а дальше?

Следует признать, что корпоративная сеть Банка России - ЕТКБС - за восемь лет претерпела радикальные изменения. Но принимая во внимание, что основной бизнес-процесс Банка России - это поддержание бесперебойного функционирования платежной системы страны, «взрыва» допустить было никак нельзя. Мировой опыт создания подобных систем и собственный опыт эксплуатации были учтены, изменения проводились постепенно, без прерывания критически важных сервисов и без ослабления эксплуатационного контроля. Платежный трафик в настоящее время по-прежнему передает старая магистральная сеть, на новую переведены пока только голос, видеоконференцсвязь и информационный трафик. Миграцию всех сервисов на новую сеть планируется завершить в 2015 г. Несомненно, это заставляет Банк России нести дополнительные расходы по поддержке двух магистральных сетей, но если посчитать, во сколько может обойтись лишь один час простоя системы платежей в масштабах всей страны, то торопливость и надежда на «авось» явно неуместны. Тем более что в перспективе переход на новые технологии позволит существенно снизить издержки.

Итак, «взрывных» проблем не возникло. Но глубокое влияние мультисервисности на систему эксплуатации, безусловно, отрицать нельзя. Корень всех проблем любой мультисервисной сети - это многопараметричность, превосходящая все известные технологии.

Действительно, реализация принципа мультисервисности влечет за собой усложнение телекоммуникационных технологий, количество независимых параметров описания систем связи неизбежно растет.

Под «зонтиком»

Первое важное следствие многопараметричности мультисервисных сетей - значительное усложнение мониторинга и управления.

Наличие систем управления во всех подсистемах было одним из основных требований при создании новой магистральной сети Банка России, и оно было реализовано в полной мере. И системы управления, и оборудование обладают развитыми встроенными средствами диагностики, в необходимости которых служба эксплуатации убеждалась не раз. Но переход на новые технологии и усложнение структуры магистральной сети показали, что прежний, ресурсный подход к эксплуатации в целом и диагностике сложных проблем в частности себя уже не оправдывает. Неоднократно приходилось сталкиваться с ситуациями, когда на каждом уровне в отдельности системы управления показывают отсутствие проблем, а пользователи все равно жалуются на качество сервисов.

Общие недостатки штатных систем управления (СУ), поставляемых вместе с оборудованием, - наличие только пассивных средств мониторинга и слабые возможности взаимной интеграции. Каждая СУ видит только свой «огород» и практически ничего не знает о смежных системах. Анализировать корреляцию событий в отдельных подсистемах приходится вручную силами ведущих специалистов, что приводит к дополнительным потерям времени.

Один из возможных путей выхода из сложившейся ситуации - создание «зонтичной» системы-гипервизора, обеспечивающей объединение информации от всех систем управления в единое поле событий с развитыми средствами интеллектуального анализа. Создание именно такой системы управления и было инициировано службой эксплуатации ЕТКБС. Эта система разрабатывается как классическая «зонтичная» OSS (Operational Support System), основное назначение которой - поддержка службы эксплуатации и сквозной контроль функционирования сервисов.

SLA - для своих

Второе важное следствие многопараметричности мультисервисной сети - сложность контроля качества сервисов. В этой ситуации понятиями системы эксплуатации являются QoS и SLA (Service Level Agreement).

При подключении к магистральной сети пользователи сервисов в большинстве случаев затрудняются сформулировать конкретные требования, но, как правило, стремятся получить ресурс с большим запасом. В результате, если просуммировать все такие запросы, то пропускная способность МК ЕТКБС должна быть в четыре раза выше имеющейся. А при возникновении претензий к качеству сервисов описание проблемы обычно звучит весьма расплывчато - «приложение плохо работает», «выросла очередь на отправку сообщений». Причем ответственность за снижение качества работы приложения пользователь пытается возложить в первую очередь на магистральную сеть, несмотря на наличие нескольких промежуточных систем.

Так что заключение соглашений о качестве сервиса между подразделениями одной организации, особенно такой крупной и территориально распределенной, как Банк России, в последнее время становится все важнее. Поэтому модернизация системы эксплуатации корпоративной сети Банка России включает и внедрение концепции SLA. Только после создания соответствующих соглашений на всех уровнях вопрос качества сервисов из области абстрактных рассуждений переходит в сугубо практическую плоскость. Тем более что новая магистральная сеть обладает всеми средствами для обеспечения сквозного QoS.

Но внедрить SLA мало, нужно еще контролировать выполнение соглашений. Причем средствам контроля должны доверять обе стороны - и пользователь, и провайдер. Одним из перспективных направлений деятельности службы эксплуатации МК ЕТКБС является разработка системы контроля качества сервисов. Помимо мониторинга соблюдения SLA одно из требований к данной системе - это возможность активного тестирования качества сервисов с помощью как встроенных средств оборудования, так и специальных пробников, образующих распределенную контрольно-измерительную сеть. Кроме того, система контроля качества сервисов должна быть интегрирована в СУ ЕТКБС.

Повышение эффективной пропускной способности

Еще одно перспективное направление исследований - оптимизация трафика банковских приложений. Технологии оптимизации передачи данных по территориально распределенным сетям (WAN) ускоряют работу приложений, используя интегрированный подход к повышению производительности при работе через глобальные сети. Решения по оптимизации трафика особенно интересны в случае перехода на централизованную обработку данных, так как повышают быстродействие приложений при работе с ЦОДом, сокращают нагрузку на магистральные каналы связи и время передачи файлов в глобальных сетях. Для этого используется комплекс технологий:

    оптимизация (дедупликация) передаваемых данных - сведение к минимуму объема повторно передаваемых данных за счет устранения повторяющихся комбинаций байтов и компрессии;

    оптимизация транспортировки данных за счет уменьшения количества ТСР-пакетов для того же объема данных, благодаря чему повышается эффективность работы в глобальных сетях;

    оптимизация приложений - сокращение времени ожидания и загрузки каналов связи за счет минимизации служебного трафика, генерируемого приложениями, включая опережающее считывание, локальную обработку обращений и кэширование данных.

В 2012 г. на опытном участке МК ЕТКБС Москва - Пермь была проведена проверка эффективности решений оптимизации трафика WAN применительно к задачам Банка России. Результат проверки оказался весьма оптимистичным - объем трафика, переданного устройством оптимизации в магистральную сеть за время эксперимента, оказался на 73% меньше объема, полученного для передачи, что позволяет говорить об увеличении эффективной пропускной способности канала связи в 3,7 раза. На 2013 г. запланированы сравнительные испытания, целью которых будет окончательный выбор технического решения.

Обладая значительными преимуществами, мультисервисные сети существенно сложнее традиционных сетей, их эксплуатация для любой организации - серьезный вызов. Модернизировав свою корпоративную сеть до уровня мультисервисной, Банк России создал внушительный технологический задел на достаточно длительную перспективу. Накопленный опыт помогает службе эксплуатации ЕТКБС успешно справляться со всеми сложностями мультисервисности, но тем не менее она не перестает разрабатывать и внедрять новые методы обеспечения высокой доступности и качества сервисов.

Характеристика района внедрения сети. Структурированные кабельные системы. Обзор технологий мультисервисных сетей. Разработка проекта мультисервистной сети передачи данных для 27 микрорайона г. Братска. Расчёт оптического бюджета мультисервисной сети.

Нажав на кнопку "Скачать архив", вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку "Скачать архив"

Ad8888ba, ad88888ba ad888888b, ad88888ba 8888888888
8P" "Y8 d8" "88 d8" "88 d8" "8b 88
d8 8P 88 a8P Y8a a8P 88 ____
88,dd888bb, Y8,d88 aad8" "Y8aaa8P" 88a8PPPP8b,
88P" `8b "PPPPPP"88 ""Y8,d8"""8b, PP" `8b
88 d8 8P "8b d8" "8b d8
88a a8P 8b, a8P Y8, a88 Y8a a8P Y8a a8P
"Y88888P" `"Y8888P" "Y888888P" "Y88888P" "Y88888P"

Введите число, изображенное выше:

Подобные документы

    Процесс построения мультисервисных сетей связи, его этапы. Анализ технологий сетей передачи данных, их достоинства и недостатки. Проектирование мультисервисной сети связи с использованием телекоммуникационного оборудования разных производителей.

    курсовая работа , добавлен 23.12.2012

    Способы построения мультисервисной сети широкополосной передачи данных для предоставления услуги Triple Play на основе технологии FTTB. Обоснование выбранной технологии и топологии сети. Проведение расчета оборудования и подбор его комплектации.

    дипломная работа , добавлен 11.09.2014

    Создание широкополосного абонентского доступа населению микрорайона "Зареченский" г. Орла, Анализ инфраструктуры объекта. Выбор сетевой технологии, оборудования. Архитектура построения сети связи. Расчет параметров трафика и нагрузок мультисервисной сети.

    дипломная работа , добавлен 16.02.2016

    Характеристика существующей телефонной сети Бурлинского района. Количество монтированных и задействованных портов технологии АDSL на СТС. Выбор типа оборудования. Разработка перспективной схемы развития мультисервисной сети. Разработка нумерации сети.

    дипломная работа , добавлен 22.06.2015

    Сущность и функции мультисервисной сети. Проектирование локальной сети центрального офиса и локальных сетей удаленных офисов. Распределение IP-Адресации. Характеристика организации радиоканалов. Анализ принципов при выборе оборудования проводной связи.

    курсовая работа , добавлен 29.01.2014

    Изучение организации связи в мультисервисной сети, технические характеристики оборудования, структура аппаратных средств и программного обеспечения. Построение схемы мультисервисной сети на базе цифровой коммутационной системы HiPath 4000 фирмы Siemens.

    дипломная работа , добавлен 25.04.2012

    Расчет количества и стоимости оборудования и материалов для подключения к сети передачи данных по технологии xPON. Выбор активного и пассивного оборудования, магистрального волоконно-оптического кабеля. Технические характеристики широкополосной сети.

    дипломная работа , добавлен 14.11.2017

Петр Чачин

Отличительной особенностью современной ситуации в области телекоммуникаций является изменение трафика, передаваемого по сетям связи. Если до недавнего времени доминирующее положение занимала передача голосовых сообщений, то сейчас наблюдается взрывной рост объема передачи данных. В 1998 г. эти два показателя сравнялись, и прослеживается явная тенденция к дальнейшему увеличению последнего (ежегодный прирост речевого трафика составляет 3 - 5%, объема передачи данных - 100 - 200%).

В подобных условиях традиционные телефонные системы, базирующиеся на технологии временно/го мультиплексирования, становятся все менее эффективными. Их применение предполагает высокие капиталовложения, накладывает существенные ограничения на создание сетей с объединенными услугами, не позволяет рационально использовать канальную емкость. Специалисты возлагают большие надежды на новые технологии передачи речи по сетям с коммутацией пакетов, такие, как “голос поверх IP”, ATM, Frame Relay, и на создание на их основе универсальных базовых сетей. Об этом говорилось в докладах и дискуссиях конференции “Интеграция телефонных сетей и сетей документальной электросвязи - единая техническая политика”, организованной Ассоциацией документальной электросвязи (АДЭ, www.rans.ru).

Уже сегодня транспортные сети ориентируются не столько на передачу голосового трафика, сколько на передачу данных. “Вполне можно предположить, что через 3 - 5 лет большинство транспортных сетей будет носить универсальный характер. Различие между телефонными операторами и операторами передачи данных исчезнет”, - сказал Александр Громов, генеральный директор компании “МТУ-информ”.

Практически все поставщики телекоммуникационного оборудования (Nortel, Cisco, Motorola, Ericsson и др.) включились в соревнование за преобразование телефонных сетей в структуры, обеспечивающие пакетную передачу мультимедийной информации. “Использование мультисервисных сетей поможет избежать создания параллельных и наложенных сетей”, - отметил Алексей Любимов, директор по маркетингу фирмы Plus Communication.

Впрочем, российская специфика требует внесения коррективов в зарубежный опыт: можно сколько угодно рассуждать о преимуществах той или иной технологии, но при отсутствии сетей связи и при низкой платежеспособности населения и большинства предприятий многие вопросы попросту теряют актуальность.

“В России более 90% частных потребителей телефонных услуг ни в какой интеграции не нуждается и еще 10 лет нуждаться не будет. Рынок мелких корпоративных абонентов у нас существенно отличается от западного, он не может оказывать решающего влияния на интенсификацию распространения интегрированных услуг”, - убежден Юрий Яшнев, генеральный директор фирмы “Диалог-Сети”.

Мультисервисные сети ATM.

Технологии коммутации и маршрутизации

Сегодня сетевые операторы рассматривают возможности применения в магистральных сегментах различных сетевых технологий доставки ин-формации, под которыми мы будем понимать в дальнейшем методы ком-мутации и маршрутизации. Наряду с классическими методами коммутации каналов (телефонные сети общего пользования) и пакетов (протокол Х.25 в сетях передачи данных общего пользования), широко используются мето-ды коммутации кадров (Frame Relay), коммутации ячеек (ATM) и методы коммутации пакетов, базирующиеся на IP-ориентированных протоколах. Появление большого числа новых приложений, связанных, в первую очередь, с передачей мультимедийного трафика, ведет к необходимости выбора наиболее эффективных или оптимальных сетевых технологий дос-тавки. Как уже было отмечено выше, наблюдается очевидный сдвиг от сис-тем коммутации каналов к системам с коммутацией пакетов, от систем, ориентированных на соединения, к системам, не ориентированным на со-единения. Вместе с тем в рамках этих процессов одни технологии, попу-лярные еще несколько лет назад, постепенно уходят с рынка, тогда как другие начинают распространяться с неожиданно высокой скоростью. Далее рассматриваются принципы технологий ATM и IP и определя-ются возможные сегменты их применения в широкополосных сетях буду-щего.

Технология ATM

Идеи перехода от отдельных сетей для различных типов трафика к единой сети, в которой передавались бы все виды информации, начали раз-виваться еще в 60 г.г. Однако относительно низкий технологический уровень телекомму-никационных систем и сетей и отсутствие соответствующей элементной базы не позволили перейти к реализации таких сетей в течение более чем 30 лет. В 70-е и 80-е гг. начался значительный прогресс в микроэлектрони-ке и программном обеспечении, сопровождаемый построением сетей связи с высокой пропускной способностью на базе волоконно-оптических систем. Успехи именно в этих направлениях позволили вплотную подойти к реали-зации идеи создания единой сети связи для всех типов трафика. В начале 80-х гг. в ряде мировых исследовательских центров (СМЕТ, Франция, Bell Labs., США) начались работы по созданию сетей общего пользования нового типа – широкополосных цифровых сетей интегрально-го обслуживания (ШЦСИО, B-ISDN, Broadband Integrated Services Digital Networks). Концепция ШЦСИО предполагает что оператор предоставляет пользователю весь возможный набор узкополосных и широкополосных ус-луг в рамках одной сети на базе единого метода распределения информа-ции. Одной из основных проблем, с которой столкнулись разработчики концепции ШЦСИО, была проблема выбора единого метода доставки и распределения информации. В первых рекомендациях МСЭ, в которых описывалась концепция ШЦСИО (1988), в качестве такого единого метода распределения информации был предложен метод асинхронной доставки информации, основанный на технологии ATM. Технология ATM представ-ляет собой разновидность метода коммутации пакетов и рассматривается как набор протоколов для применений, ориентированных на соединения с гарантированным качеством обслуживания, означающим выделение необ-ходимой полосы пропускания и обеспечение минимальных задержек. Перечислим основные свойства метода ATM:

 исходное сообщение после представления в цифровой форме и пе-ред передачей в сеть связи разделяется на протокольные блоки фиксиро-ванной длины, равной 48 байтам;

 каждый протокольный блок дополняется служебной частью – заго-ловком размером 5 байт, образуя ячейку ATM размером 53 байта: заголо-вок содержит адресную часть, элементы защиты заголовка от ошибок и другую служебную информацию, необходимую для гарантированной дос-тавки ячеек через сеть;

 последовательность ячеек ATM, принадлежащих одному сообще-нию, передается через виртуальные соединения (постоянные или коммути-

руемые), поддерживаемые коммутаторами ATM, в которых обрабатывают-ся только заголовки ячеек;

 при прохождении ячеек через коммутатор ATM ячейки накапли-ваются в промежуточных буферах коммутатора, что обеспечивает возмож-ность статистического использования сетевых ресурсов;

 обработка ячеек в коммутаторе ATM (анализ адреса, защита от ошибок, управление потоком ячеек) осуществляется на втором уровне эта-лонной модели OSI;

 на стороне адресата ячейки ATM освобождаются от заголовков и собираются в единую последовательность, из которой затем формируется исходное сообщение.

Сети ШЦСИО, построенные на базе технологии ATM, обеспечивают следующие возможности:

 доставку всех видов информации (речь, данные, музыку, подвиж-ные, неподвижные, цветные и черно-белые изображения, информацию мультимедиа) с высокими показателями качества обслуживания;

 поддержку интерактивных (диалоговых) служб и служб распреде-ления информации (с управлением и без управления со стороны пользова-теля);

 статистическое распределение сетевых ресурсов в соответствии с требованиями пользователей (гарантированная полоса пропускания), что обеспечивает эффективную передачу как непрерывного, так и пачечного трафика, а также экономический выигрыш при замене арендованных линий.

Технология ATM была выбрана в качестве базовой для построения ШЦСИО, поддерживающей как узкополосные, так и широкополосные ус-луги. Иными словами, технология ATM должна обеспечивать функциони-рование сетей с достаточно высокими пропускными способностями, нахо-дящимися в диапазоне десятков-сотен Гбит/с (в настоящее время диапазон требуемых пропускных способностей расширен до значений несколько Тбит/с). В терминах основных характеристик сети это означает, что межкон-цевые задержки в территориально распределенных сетях должны состав-лять единицы мс и время обработки протокольных блоков в коммутаторах – десятки и сотни мс. Соответственно, производительность узлов коммута-ции ATM должна определяться цифрами порядка десятков-сотен миллио-нов протокольных блоков (ячеек) в секунду.

Реализация подобных характеристик стала возможна только в начале 90-х гг., благодаря прогрессу в микроэлектронике и волоконно-оптических системах связи. Волоконно-оптические системы связи обеспечивают высо-кий уровень достоверности передаваемой информации. Вероятность оши-бок в современных системах передачи может достигать 10-10 - 10-11, что по-зволяет значительно уменьшить объем операций (и, следовательно, вре-менные затраты) по защите от ошибок. Как известно, именно эти операции, применяемые в традиционных сетях с коммутацией пакетов, являются од-ним из источников существенных задержек. Кроме того, в классических системах с коммутацией пакетов (напри-мер, на базе протокола Х.25) обработка пакетов базируется на использова-нии программных средств и, следовательно, ведет к существенной загрузке основного процессора коммутатора, а также к значительным временным задержкам. Успех в области создания заказных высокопроизводительных микросхем с большой степенью интеграции позволяет создать коммутато-ры ATM, в которых основная часть операций по обработке ячеек выполня-ется с помощью распределенных микропроцессорных сетей. Реализация таких операций, как анализ адресной части, обнаружение ошибок, сборка и разборка протокольных блоков, производится в коммута-торах ATM на аппаратном уровне, что обеспечивает пропускную способ-ность сетевых узлов в десятки и сотни Гбит/с. При появлении первых сетей ATM (конец 80-х – начало 90-х гг.) воз-можности нового метода были сильно преувеличены. Энтузиасты ATM предполагали, что в недалеком будущем технология ATM станет универ-сальной и будет применяться в локальных, кампусных, региональных и территориально распределенных сетях для обеспечения большого числа приложений, начиная от телефонии и кончая будущими мультимедийными услугами. Высказывались также предположения о возможности доведения ATM до настольных систем. Однако с течением времени энтузиазм относительно ATM в стреми-тельно меняющемся телекоммуникационном мире значительно уменьшил-ся. Темпы развития систем ATM оказались существенно более медленными, чем ожидалось. Технология ATM так и не стала универсальным методом транспортировки информации. Среди причин этого можно отметить как сложность и относительно высокую стоимость реализации и эксплуатации сетей ATM, так и появление конкурирующих технологий (IP, Ethernet и др.), ограничивающих возможности широкого применения ATM. Достоинства и недостатки технологии ATM сегодня хорошо извест-ны. Если необходимо на основе статистического уплотнения обеспечить гарантированное качество обслуживания и эффективное использование се-тевых ресурсов, очевидно, что одним из возможных решений для операто-ров территориально распределенных сетей в настоящее время является технология ATM. Вместе с тем, стоимость и сложность оборудования ATM остаются достаточно высокими, ограничивая широкомасштабные приме-нения технологии ATM во всех сетевых сегментах. Можно считать, что технология ATM прошла этапы рождения, больших надежд и гиперболиза-ции своих возможностей, депрессии и вышла на этап зрелости.

Мультисервисные сети ATM.

В течение определенного периода вре-мени технология ATM будет сохранять ведущую роль как транспортная технология в магистральных сегментах территориально распределенных 88 сетей для переноса бизнес-трафика, формируемого в кампусных, локаль-ных и учрежденческих телефонных сетях. Основным требованием в таких сетях (частных или общего пользования) является обеспечение мультисер-висных возможностей. Выигрыш при построении мультисервисных сетей на базе техноло-гии ATM определяется несколькими факторами.

 Пачечная природа трафика, характерная для сетей передачи дан-ных, позволяет операторам сетей ATM эффективно разделять пропускные способности магистральных линий среди пользователей и, соответственно, увеличивать число пользователей.

 Возможность технологии ATM предоставлять пропускную способ-ность по требованию (концепция гибкой полосы пропускания) приводит к уменьшению стоимости передачи информации. При аренде выделенных линий пользователь должен платить за весь ресурс арендованной линии не-зависимо от того, какая реальная пропускная способность ему требуется. При использовании ATM абонент может установить скорость доступа в со-ответствии с его требованиями и характеристиками трафика, определив при этом также и время использования ресурса, поскольку пользователь платит только за действительно используемую пропускную способность, а не за арендованный тракт с фиксированной полосой пропускания.

 Применение технологии ATM, обеспечивающей гарантированное качестве обслуживания, ведет к уменьшению числа выделенных линий, широко применяемых сегодня в корпоративных сетях. Эти факторы могут сыграть важную роль в стратегии компаний и крупных операторов при оп-ределении путей развития их сетей.

Таким образом, сегодня существует определенная ниша для приме-нения технологии ATM при построении мультисервисных сетей. Однако необходимо учитывать, что построение мультисервисной сети ATM может быть экономически оправданным для компаний, использующих в базовых сетях, главным образом, выделенные линии и технологию Frame Relay. Возможности использования ATM для построения единой мультисервис-ной сети могут быть существенно ограничены в будущем рядом факторов, среди которых отметим следующие. Во-первых, уже сегодня наблюдается существенное падение стоимо-сти аренды выделенных линий в связи со взрывным ростом доступных пропускных способностей магистралей, благодаря технологиям SDH и DWDM. Во-вторых, очевидна тенденция миграции сетей в сторону все бо-лее широкого применения технологии IP как единой технологии для боль-шинства услуг, включая передачу речи (Voice over IP, VoIP) и видеоин-формации.

Прогресс протоколов Интернет, связанный, в основном, с возможно-стью обеспечения гарантированных показателей качества обслуживания, может привести к тому, что мультисервисные возможности ATM не смогут 89

составить конкуренцию применению протоколов Интернет в качестве еди-ной технологии в магистральных сетях. Уже сегодня применение IP и свя-занных протоколов для построения виртуальных частных сетей (VPN) обеспечивает более привлекательные решения по сравнению с традицион-ными сетями передачи данных и арендой выделенных линий и представля-ет серьезную конкуренцию технологии ATM в сетях небольших и средних компаний. Однако процесс перехода к широкому применению технологии IP длится уже более 10 лет и это означает, что рынок для ATM все еще ос-тается открытым.

Еще в начале 90-х гг. разработчики оборудования для сетей Интернет пришли к пониманию того, что для кардинального и вместе с тем эффек-тивного применения концепции Интернет как основы глобальной сети должна быть проведена существенная модификация стека IP-ориентированных протоколов. Ревизия протоколов предполагала как усо-вершенствование уже используемых протоколов семейства IP, так и созда-ние новых механизмов, обеспечивающих требуемые показатели качества обслуживания. Прежде всего, необходимо было дополнить базовый стек протоколов TCP/IP механизмами управления пропускной способностью, которые мог-ли бы гарантировать требуемое качество обслуживания. Разработка таких механизмов и соответствующих протоколов является сегодня первоочеред-ной задачей Комитета IETF, разрабатывающего спецификации по основ-ным наборам IP-ориентированных протоколов. В процессе усовершенство-вания IP-ориентированных протоколов участвует также большое число производителей оборудования и исследовательских групп во всем мире. Вопросы, связанные с качеством обслуживания в сетях IP рассматриваются более детально в р. 2.3.3. Безопасность информации. Сеть должна гарантировать не только ка-чественную доставку информации, но и обеспечить защиту ее от несанк-ционированного доступа. Однако один из основных принципов сети Ин-тернет – принцип открытых систем, приводит к тому, что сети на базе про-токолов TCP/IP характеризуются весьма низким уровнем безопасности. Уровень серьезности этой проблемы значительно возрастает в терри-ториально распределенных IP-сетях, включающих в свой состав большое число территориально разнесенных элементов (каналов и узлов). , Обеспе-чение безопасности в территориально распределенных сетях – как в корпо-ративных, так и в сетях общего пользования, является первоочередной за-дачей, поскольку несанкционированный доступ к информации ведет к ог-ромным материальным и моральным потерям.

. Эволюция технологий в сетях Интернет

Основные направления эволюции технологий .

Взрывной рост сети Интернет в 90-х гг. и постепенное ее превращение в глобальную сеть при-вели к тому, что принципы, заложенные в исходный протокол IP, стали 96 препятствовать дальнейшему развитию сети – как количественному, так и качественному. Ресурсы исходного семейства протоколов IP, прежде всего касаю-щиеся возможностей адресации, оказались исчерпаны. Рост сетей IP привел к дефициту IP-адресов. Взрывной рост объемов трафика начал вызывать перегрузки на магистральных участках сети, блокируя нормальную работу сетевых узлов. Развитие новых услуг, связанных с индустрией развлечений и электронной коммерцией, определило появление информационных пото-ков с новыми характеристиками (в первую очередь, мультимедийного тра-фика) и новыми требованиями к показателям качества обслуживания. На-конец, использование Интернет в коммерческих целях остро поставило во-прос о необходимости применения специальных мер по защите информа-ции. В ответ на возникшие проблемы в начале 90-х гг. под эгидой Комите-та IETF были активизированы исследования по расширению возможностей наиболее распространенной сегодня в сетях IP четвертой версии классиче-ского протокола (IPv4), а также по созданию новых механизмов и протоко-лов. Основные задачи, которые необходимо было решить при создании улучшенного семейства IP-ориентированных протоколов, состоят в сле-дующем:

 разработка масштабируемой системы адресации, обеспечивающей увеличение числа доступных IP-адресов и упрощение их конфигурирова-ния;

 повышение эффективности маршрутизации путем упрощения про-цедур обработки адресной части пакетов в узлах сети;

 введение новых механизмов, поддерживающих гарантированное качество обслуживания;

 разработка новых средств аутентификации и защиты информации;

 возможность поддержки мобильных услуг в Интернет.

Д. Протокол IPv6 В 1994 г, в IETF была создана группа для разработки документов по протоколам IP нового поколения. В 1995 г. IETF принял спецификацию RFC 1752, определившую усовершенствованный протокол IP версии 6 (IPv6). Дадим краткую характеристику основных свойств протокола IPv6.

Увеличение длины служебной части пакета. Основная цель при уве-личении длины заголовка IP-пакетов заключалась в усовершенствовании системы адресации. Число разрядов поля адреса в протоколе IPv4 (32 бита) дает возможность присвоения почти 4,3 млрд. адресов; с учетом роста гло-бальной сети этого количества может хватить на ближайшее десятилетие. Однако процессы развития новых услуг (сегодня это, в первую очередь – развитие электронной коммерции, сопровождаемой появлением миллионов 97 новых компаний) и соответствующий рост потребностей в новых IP-адресах могут привести к тому, что запас адресов может истощиться до-вольно быстро. Переход к длине адресного поля, равной 728 бит, обеспечивает жите-лей земли практически неисчерпаемым числом адресов, превышающим ве-личину 1020 (!) на каждое устройство, которому может быть присвоен сете-вой адрес. Благодаря неограниченному количеству адресов будут решены многие проблемы, в том числе трансляция адресов, поддержка сегментов с закрытыми адресными пространствами, присвоение адресов любому типу объектов и т.д. Кроме расширения адресного поля, в протоколе IPv6 значительно увеличена полная длина заголовка пакета – со 192 (IPv4) до 320 бит. Это позволило разделить служебную часть на основной и дополнительный за-головки и вынести ряд необязательных или опциональных параметров в дополнительные поля. В предыдущих версиях опциональные параметры размещались в основном заголовке и маршрутизаторы должны были обра-батывать большой объем ненужной информации. В протоколе IPv6 мар-шрутизатор обрабатывает только необходимую информацию, что снижает время обработки пакетов и суммарную нагрузку.

Повышение эффективности работы маршрутизаторов .

При реали-зации протокола IPv4 маршрутизаторы выполняли полный набор функций обработки пакетов. В версии IPv6 предусматривается ряд процедур, позво-ляющих уменьшить нагрузку на маршрутизаторы. В состав этих процедур входят:

 агрегирование адресов, ведущее к уменьшению размера адресных таблиц и, как следствие, к уменьшению времени анализа и обновления таб-лиц;

 перенос функций фрагментации пакетов (в случае их слишком большой длины) в узлы доступа (пограничные узлы);

 использование механизма маршрутизации от источника, когда узел-источник определяет межконцевой маршрут прохождения пакета че-рез сеть, а маршрутизаторы внутри сети освобождаются от процедуры оп-ределения следующего маршрутизатора для данного пакета;

 уже упоминавшийся отказ от обработки опциональных параметров заголовка,

Обеспечение безопасности информации. Протокол IPv6 предусмат-ривает применение встроенных механизмов защиты информации, называе-мых IPSec (IP Security). Для этого вводится специальный дополнительный заголовок Encryp-tion, Механизмы и спецификации IPSec описанные в документе RFC 2401 («Security Architecture for the Internet Protocol», 1998), обеспечивают:

 аутентификацию источников и получателей информации;

 шифрование, аутентификацию и целостность передаваемых дан-ных.

Протоколы аутентификации пользователей и защиты данных сегодня становятся весьма популярными, особенно в связи с возможностями их применения при организации виртуальных частных сетей. Проблемы внедрения протокола IPv6. При обсуждении перспектив распространения протокола IPv6 необходимо иметь в виду, что основная часть аппаратно-программных сетевых модулей реализует протокол IP чет-вертой версии. В связи с этим возникает проблема, как наиболее эффектив-но осуществить переход на новое семейство протоколов, ориентированных на версию IPv6, В начале 1996 г, для проверки свойств новой шестой версии протоко-ла IP и исследования проблем, возникающих при переходе от IPv4 к IPv6, по инициативе IETF создана экспериментальная сеть 6Вопе, охватывающая страны Северной Америки, Европы (в том числе и Россию), Японию и включающая в себя несколько сотен сетей IP. В сети 6Вопе часть маршру-тизаторов поддерживает обе версии протокола IP, образуя виртуальную сеть, функционирующую поверх сети IPv4 и обеспечивающую передачу пакетов между рабочими станциями (хостами) и между маршрутизаторами по протоколу IPv6, Процесс инкапсуляции протокольных блоков IPv6 в да-таграммы протокола IPv4 и их передачи называется туннелированием. Фрагменты, поддерживающие протокол IPv6, соединяются между собой туннелями. Документ RFC 1933 определяет четыре типа туннелей – между маршрутизаторами, между рабочими станциями и между маршрутизатора-ми и рабочими станциями. Благодаря большому набору новых функциональных возможностей, протокол IPv6, безусловно, получит широкое распространение. Однако пе-реход к новому протоколу требует существенной модификации сетевых продуктов – маршрутизаторов, коммутаторов и операционных систем, под-держивающих протокол IPv4. Очевидно, что с учетом масштабов распространения базового прото-кола IPv4, подобная модификация сети Интернет потребует значительных затрат как временных, так и финансовых. Поэтому, несмотря на новые функциональные возможностями протокола IPv6, перед сетевыми операто-рами и провайдерами Интернет стоит достаточно сложная задача выбора вариантов перехода на новый протокол.