Абонентские устройства доступа к магистральным сетям атм. Что дает предприятию использование сетей. Наименование характеристики ВОК

Александр Крейнес

Одно из главных преимуществ технологии АТМ - возможность задавать для потоков трафика тот или иной уровень обслуживания (quality of service, QoS), определяющий, по существу, степень приоритетности трафика при передаче его по сети. Существуют четыре уровня QoS - CBR (constant bit rate), VBR (variable bit rate), ABR (available bit rate) и UBR (unspecified bit rate).

Первые два используются, как правило, для передачи высокоприоритетного трафика, чувствительного к задержкам (в частности, аудио- или видеоинформации); они позволяют гарантировать определенную полосу пропускания для передаваемого трафика. ABR и UBR предназначены для менее приоритетного трафика, генерируемого, например, при объединении удаленных сегментов локальной сети.

Требуемый уровень QoS определяется приложением, от которого исходит трафик. Выделение полосы пропускания в соответствии с определенной категорией QoS происходит при формировании виртуального пути от исходной точки к точке назначения. Генерирующее трафик приложение, естественно, всегда устанавливается в вычислительной сети клиента, поэтому QoS должно "заказываться" устройством доступа к сети АТМ.

Тема с вариациями

Существуют несколько способов обеспечения доступа клиентов к сети АТМ. В точке присутствия провайдера услуг ATM может быть установлен пограничный мультиплексор ATM (edge mux). Такой мультиплексор "собирает" трафик от клиентов и направляет его в сеть АТМ. Трафик от клиента к мультиплексору передается самыми разными способами: по каналу Е-1 (голосовой трафик от УАТС), по полному или частичному каналу E-1 или frame relay (трафик данных) и, наконец, по протоколу АТМ. Какие именно каналы и протоколы используются для передачи трафика от пользователя, определяется установленным у него оборудованием и теми задачами, которые ему нужно решать.

Бесспорным достоинством такого способа является то, что у клиента не надо устанавливать какое-либо дополнительное оборудование. Хотя сам пограничный мультиплексор - вещь довольно дорогая, все же, пойдя по этому пути, оператор может несколько сэкономить.

Однако отказ от установки провайдерского оборудования на территории клиента приводит и к некоторым проблемам. Заказывать уровни QoS способен только пограничный мультиплексор, поэтому эти уровни устанавливаются раз и навсегда - в момент заключения контракта между клиентом и оператором - в соответствии с характером передаваемого трафика (голосовому трафику - высокий уровень, трафику LAN-to-LAN - низкий). При изменении характера трафика клиенту приходится заключать новый договор с оператором сети, что довольно неудобно.

Еще один недостаток - возникновение "ничейной территории" между пограничным мультиплексором и информационной системой клиента. Система управления провайдерской сетью "дотягивается" только до пограничного мультиплексора, каналы же связи с клиентским оборудованием из этой системы выпадают. Такая неопределенность может приводить к возникновению недоразумений при выяснении причин сбоев в работе информационной системы. Доступ с помощью устройств, устанавливаемых в точке присутствия, применяется, например, в городской сети АТМ компании "Нижегородские информационные системы" (там, правда, в основном используются не мультиплексоры, а коммутаторы доступа от FORE Systems, связываемые с клиентской сетью по волоконно-оптическим каналам Ethernet на 10 Мбит/с).

От перечисленных недостатков свободно решение, предусматривающее установку устройства, передающего трафик по протоколу ATM (которое чаще всего является собственностью оператора сети), на территории пользователя (customer premises equipment, CPE). Этим подходом весьма часто пользуются операторы сетей, базирующихся на различных технологиях; в качестве CPE может выступать, например, маршрутизатор (в IP-сетях) или модуль CSU/DSU (channel service unit/data service unit).

Что касается сетей ATM, то до самого последнего времени у оператора сети, желающего воспользоваться CPE, имелись две возможности: либо установить в оборудование для локальной сети модуль связи с магистральной сетью (uplink), либо подключить пограничный мультиплексор прямо у пользователя (а не в точке присутствия).

Первый способ имеет одно очевидное преимущество - он связан с относительно небольшими затратами. Конечно, сам ATM-uplink что-то стоит, однако его цена все же не слишком высока. Недостатки подхода: во-первых, такие модули чаще всего не поддерживают QoS, во-вторых, их работой оператор управлять не может, а в-третьих, они обычно не поддерживают объединение нескольких сервисов в одном устройстве. Впрочем, благодаря своей дешевизне, это решение пользуется определенной популярностью; в частности, именно таким образом организован доступ к Новгородской городской сети АТМ (в сервер локальной сети, подключаемой к АТМ, встраивается адаптер АТМ; на сервере устанавливается программное обеспечение для маршрутизации сообщений).

Установка пограничного мультиплексора у пользователя, конечно, позволяет решить все проблемы, однако стоимость подобного устройства настолько высока (несколько десятков тысяч долларов), что оно оказывается по зубам только крупным компаниям. Да и немного найдется охотников стрелять из пушки по воробьям! Во всяком случае, какие-либо примеры использования этого подхода на российской земле нам неизвестны - если кто-то сможет нас просветить, будем рады.

Совсем недавно компания RAD data communications предложила устройство класса CPE, в котором использован подход, промежуточный между двумя указанными. Идея состоит в том, что на территории клиента устанавливается относительно несложное (а следовательно, недорогое) устройство, принимающее АТМ-трафик от локальной сети и "подготавливающее" его для передачи в магистральную сеть. Именно такое устройство осуществляет выбор уровня обслуживания и именно в нем сосредотачиваются все функции управления потоком данных, необходимые для передачи по виртуальному каналу трафика с заданным QoS. Эти устройства как бы берут на себя часть интеллектуальной работы по обработке трафика, поэтому позволяют оператору сети обходиться менее интеллектуальными устройствами в точках присутствия сети (например, вместо мультиплексоров доступа можно использовать концентраторы). RAD предложила называть такую конфигурацию "распределенным интеллектом".

С точки зрения взаимоотношений между оператором и клиентом, распределенный интеллект управления сетью имеет еще одно несомненное достоинство. На этом пути можно добиться гибкого биллинга услуг. В идеале, плата за пользование сетью должна четко зависеть от того, насколько сильно клиент загружает ресурсы сети. Для этого необходимо определять, какой объем трафика и на каком уровне QoS клиент передает в сеть и получает из нее. Ясно, что размещение интеллектуальных устройств на территории клиента позволяет решить эту проблему. Кроме того, клиент получает возможность следить за тем, чтобы ему предоставлялись именно те услуги, которые оговорены в контракте.

Как управлять трафиком

Поток трафика, передаваемый через сеть в рамках того или иного виртуального пути, характеризуется рядом количественных показателей. Их конкретные значения как раз и определяют уровень QoS, соответствующий данному потоку трафика. Поэтому интеллектуальное устройство доступа должно уметь их регулировать.

Все параметры можно разделить на две группы - локальные и интервальные. Локальными параметрами (измеряются в точке входа в сеть) являются:

• PCR - Peak Cell Rate (максимальная скорость передачи ячеек);
• SCR - Sustainable Cell Rate (средняя скорость передачи ячеек);
• CDVT - Cell Delay Variation Tolerance (допустимый разброс задержки ячеек);
• MCR - Minimum Cell Rate (минимальная скорость передачи ячеек);
• BS - Maximum Burst Size (максимальное число ячеек, передаваемых на скорости PCR).

Интервальные параметры (измеряются на отрезке между точками входа и выхода):

• запаздывание ячеек;
• вариация запаздывания ячеек;
• потеря ячеек.

В рекомендациях I.371 и I.610 Международного союза электросвязи, МСЭ (International Telecommunications Union, ITU) описаны пять механизмов управления трафиком в сетях АТМ; они позволяют добиться того, чтобы локальные параметры и параметры передачи соответствовали заданному значению QoS. Для управления локальными параметрами используются три механизма:

• мониторинг трафика - проверка ячеек на соответствие заданным значениям локальных параметров;
• управление трафиком (policing) - ячейки, не отвечающие требованиям, помечаются и при возникновении заторов отбрасываются в первую очередь;
• формирование трафика - буферизация трафика, входящего в сеть, и такая его модификация, чтобы выдерживались заданные значения локальных параметров.

Интервальными параметрами можно управлять при помощи двух механизмов: мониторинга потери ячеек и мониторинга запаздывания ячеек.

Локальные параметры характеризуют трафик, передаваемый в сеть. Поэтому ими можно управлять в точке доступа; никаких параметров работы сети в целом при этом знать не нужно. Интервальные параметры характеризуют весь виртуальный путь передачи данных по сети; для управления ими надо уметь получать информацию о состоянии всей сети.

В стандарте МСЭ I.160 описан конкретный протокол управления интервальными параметрами - OAM (Opertaion, Administration and Management). В соответствии с данным протоколом, устройства, расположенные на границе сети, должны обмениваться специальными сообщениями, передаваемыми по тому же виртуальному пути, что и данные. При этом удается, во-первых, быстро отслеживать отказы каналов передачи данных, а во-вторых, определять значения обоих интервальных параметров.

В предложенных RAD устройствах протокол ОАМ реализован. Таким образом, они дают возможность управлять параметрами передачи данных на всем пути их следования по сети. На сегодняшний день использование таких устройств - единственный экономичный способ обеспечить управление трафиком на всем пути его передачи через провайдерскую сеть. Альтернативным методом сквозного управления трафиком является установка на территории клиента больших и довольно дорогих мультиплексоров доступа.

В принципе, протокол ОАМ способен помочь в управлении не только сквозной передачей трафика по сети, но и работой отдельных ее сегментов. Любые два поддерживающих этот протокол устройства могут обмениваться ячейками ОАМ, отслеживая состояние соединяющего их канала. Ясно, что для внедрения такого режима управления протокол ОАМ должен поддерживаться всеми входящими в сеть устройствами, чего на данный момент добиться невозможно, поскольку далеко не все производители это обеспечивают. В будущем, скорее всего, поддержка ОАМ будет расцениваться операторами сети как серьезное преимущество устройства, что заставит производителей позаботиться о его реализации в своих продуктах.

Как это делается

Компания RAD Data Communications предложила целое семейств абонентских устройств доступа к сети под названием ACE. Первым появилось устройство ACE-101, которое рассчитано на передачу трафика из локальной сети АТМ в публичную. Устройство снабжено двумя интерфейсами: один для пользовательской сети АТМ, другой - для публичной. Поддерживаются следующие интерфейсы: 155 Мбит/с по одно- или многомодовому оптическому кабелю и неэкранированной витой паре пятой категории, а также STM-1, E3 и T3 по коаксиальному кабелю.

Система управления локальными параметрами трафика рассчитана на поддержание трех уровней QoS: VBR, CBR и UBR. Управление параметрами осуществляется для всех виртуальных путей и виртуальных каналов. Для мониторинга параметров передачи трафика используется протокол OAM уровня АТМ. Устройство может проверять, все ли данные, в момент передачи удовлетворявшие требованиям к локальным параметрам, достигли точки назначения. Поддерживается одновременное управление производительностью для 16 двунаправленных (32 однонаправленных) виртуальных путей или каналов.

Устройство обеспечивает согласование скоростей публичной и частной сетей. Для этого используется буфер емкостью 6000 ячеек, в котором могут быть организованы очереди четырех уровней приоритетов, распределение по которым осуществляется в соответствии с тем, к какому уровню QoS относятся передаваемые ячейки.

ACE-101 обеспечивает сбор статистики трафика и ведение контрольного журнала событий. Устройство может поддерживать до четырех виртуальных каналов для управления работой сети. Приложение управления сетью RADview-HPOV обеспечивает управление на уровнях PHY и ATM. Кроме того, возможен анализ работы каждого виртуального канала.

При всей привлекательности ACE-101 у него есть и ряд недостатков. Прежде всего, цена - свыше 5000 дол. за одно устройство. RAD может сколько угодно утверждать, что это недорого (безусловно, по сравнению с пограничными мультиплексорами стоимость действительно невысока), однако для российских операторов, особенно региональных, такая цена может показаться немалой. Второй недостаток - устройство рассчитано на сопряжение локальных сетей АТМ с глобальными. Между тем, в локальных сетях данная технология применяется не так часто. Можно, конечно, подсоединять к ACE-101 канал от модуля связи с магистральной сетью (рис.1), встроенного в маршрутизатор, - но что тогда делать с QoS?

Рисунок 1.
Схема доступа к сети АТМ с использованием устройств АСЕ-101

В самое последнее время RAD анонсировала еще два устройства - модуль доступа к сетям АТМ по под названием ACE-2-E1 и концентратор доступа ACE-20-E1. Они еще не поступили в продажу, но операторы могут получить их для тестирования. Для связи с магистральной сетью в обоих устройствах применяется протокол ATM E1 UNI. Со стороны локальной сети ACE-2-E1 имеет один вход, к которому подключается либо установленный в локальный сети маршрутизатор или мост (для этого используется протокол ATM DXI, и Data Exchange Interface), либо FRAD (frame relay access device, устройство доступа к сети frame relay), которое, как легко понять, подключается к ACE-2 по каналу frame relay.

Устройство способно выполнять преобразование кадров frame relay в ячейки АТМ как по методу Frame Relay - ATM network interworking, так и по методу Frame Relay - ATM service interworking. ACE-2 может самостоятельно осуществлять трансляцию услуги IP-over-Frame Relay в IP-over-ATM.

Концентратор ACE-20 имеет три порта со стороны локальной сети. Фактически, это первое многопротокольное абонентское устройство доступа. К локально-сетевым портам ACE-20 можно подключать, например, маршрутизатор по каналу ATM DXI, УАТС по частичному каналу E-1 и FRAD по каналу frame relay (рис. 2). ACE-20 умеет автоматически распределять имеющуюся в его распоряжении полосу пропускания между всеми потоками трафика, поддерживая при этом необходимый уровень обслуживания для каждого из них. К сожалению, такие устройства стоят еще довольно дорого (несколько тысяч долларов), хотя они и заметно дешевле ACE-101.

Рисунок 2.
Схема доступа к магистральной сети с использованием концентратора ACE-20

В настоящее время в реальных приложениях ACE-101 сделаны только первые шаги. Выполнен пилотный проект с использованием этих устройств в British Telecom; ACE-101 находится на тестировании у ряда других ведущих операторов. RAD ведет переговоры с некоторыми крупными российскими операторами о тестировании устройств и выполнении пилотных проектов. Представители компании утверждают, что в ближайшем будущем можно ждать интересных новостей. Что ж, посмотрим.

Cтраница 1

Магистральные сети каждого здания в местах ответвления основной магистрали должны иметь задвижки в наружных колодцах для отключения здания в случае аварии.  

Магистральные сети - это такие сети, у которых все потребители подсоединяются к одной линии. Стоимость такой сети невысокая. Недостатком ее является ее малая надежность.  

Магистральные сети выполняют проводом марок АПР, АПВ. Вертикальные линии (стояки) прокладывают по лестничным клеткам в каналах, предусмотренных при изготовлении крупных блоков или панелей на заводах, в кирпичных зданиях - в каналах, устраиваемых строителями при выполнении кирпичной кладки. Горизонтальные магистральные линии между стояками прокладывают в бумажно-металлических, стальных (тонкостенных) или иных трубах, уложенных открыто по средней стенке подвала, в пустотах между панелями перекрытий подвала или в специальных каналах, имеющихся в блоках стен подвала.  

Магистральные сети выполняют проводом марок АПР, АПВ. Вертикальные линии (стояки) прокладывают по лестничным клеткам в каналах, предусмотренных при изготовлении крупных блоков или пане лей на заводах, в кирпичных зданиях - в каналах, устраиваемых строителями при выполнении кирпичной кладки. Горизонтальные магистральные линии между стояками прокладывают в бумажно-металличе ских, стальных (тонкостенных) и других трубах, уложенных открыто по средней стенке подвала, в пустотах между панелями перекрытий подвала или в специальных каналах, имеющихся в блоках стен подвала.  

Магистральные сети, выполненные проводами и кабелями. Наиболее подходящими для магистральных сетей являются одножильные провода или кабели с полимерной изоляцией. Если к тому же сечение этих проводов и кабелей определяется по экономической плотности тока (весьма близкой к экономической плотности тока для изолированных шин), то применение проводов и кабелей не повлечет за собой перерасхода проводниковых материалов.  

Магистральные сети, выполняемые проводами в трубах. При магистралях, выполняемых проводами в трубах, универсальность достигается либо наличием в сети проводов, пропускная способность которых учитывает рост нагрузки, либо закладкой труб для дополнительных проводов, либо наличием в достаточных количествах протяжных ящиков и коробок, обеспечивающих (при открытой прокладке) добавление труб без нарушения работы сети.  

Магистральные сети от подстанций к шкафам управления и силовым распределительным пунктам выполняют магистральными шинопроводами ШМА на токи 1600, 2500 А и четырех - жильным кабелем марки АВВГ. В литейных цехах применяют шинопровод с усиленной изоляцией.  

Магистральные сети в запыленных зонах выполнены специальным шинопроводом с уплотнением ШМА73УП с соединением стыков между секциями сваркой. Для ответвлений использованы секции без защитных и коммутационных аппаратов. На участках, где ответвления отсутствуют, предусмотрены линии из многоамперных кабелей АсВВ сечением 1500 мм2 и допустимым током 150 0 А.  

Магистральные сети от подстанции в главном производственном корпусе выполняют магистральными шинопроводами ШМА на ток 1600 - 2500 А и кабелями АВВГ, АСВВ, ААШВ. Кабели от автоматов подстанции до распределительных пунктов и шкафов управления отдельных крупных электроприемников (мощностью более 100 кВт) прокладывают открыто на лотках, устанавливаемых на мостиках для обслуживания светильников. Металлические мостики сооружают в межферменном пространстве одноэтажной части корпуса. Спуски от них к силовым пунктам осуществляют по колоннам.  

Магистральные сети в схемах электроснабжения промышленных предприятий и отдельных цехов за последнее время получили большое распространение, и в дальнейшем следует ожидать еще большего их применения.  

Лекция 8 08.03.2017 4:50:00

Магистральные каналы передачи данных

Аналоговые магистральные каналы

Первые дальние линии передачи данных появились ещё в эпоху телеграфа. С развитием телефонии потребности в передаче данных на большие расстояния резко увеличились. Появилась необходимость в линиях связи, способных обеспечивать одновременное обслуживание нескольких телефонных разговоров. Такие линии связи получили название «магистральных». Первые магистральные линии телефонной связи представляли просто несколько обычных телефонных линий, проложенных параллельно. Это было не самое экономичное решение и в 30-х годах прошлого века появились первые системы уплотнения телефонных сигналов с частотным разделением каналов.

Принцип работы систем с частотным уплотнением следующий: стандартный телефонный канал обеспечивает передачу аналогового сигнала в диапазоне частот от 300 до 3400 Гц, т.е. имеет полосу пропускания в 3100 Гц. С учетом особенностей человеческого голосового аппарата и возможностей распознания речи такая полоса пропускания обеспечивает понимание не менее 90% слов и 99% фраз. Для уплотнения (или мультиплексирования) несколько низкочастотных голосовых сигналов с помощью модулирования и фильтрации переносятся в более высокочастотный диапазон, причем каждому выделяется своя собственная полоса. Для исключения интерференции каждому сигналу шириной 3100 Гц выделяется полоса в 4000 Гц и они оказываются отделены друг от друга защитной полосой в 900 Гц.

Так первичный групповой тракт К-12 позволяет объединить 12 голосовых каналов и поместить их в диапазоне от 60 до 108 КГц. Вторичный тракт К-60 объединяет 5 первичных в диапазоне от 312 до 552 КГц. Его ширина 240 КГц что соответствует 60 полосам по 4 КГц для голосовых каналов.

Аналоговые магистральные линии разрабатывались задолго до цифровой эры и предназначались только для передачи голосового трафика. Конечно, с помощью модема в каждый голосовой канал можно нагрузить цифровым потоком мощностью в несколько килобит в секунду, но реализовывать столь экзотические схемы не потребовалось по причине прихода на магистральные линии цифровых технологий.

Технология плезиохронной цифровой иерархии (PDH)

Развитие полупроводниковых технологий позволило в начале 60-х годов перейти к цифровым методам передачи, которые имели значительные преимущества по сравнению с аналоговой передачей сигнала (достаточно сказать о возможности практически без потерь восстанавливать цифровой сигнал на регенерационном участке). Для оцифровки речевого сигнала стал применяться метод, названный импульсно-кодовой модуляцией (PCM - Pulse Code Modulation), согласно которому дискретные отсчеты сигнала, взятые с частотой 8 КГц, кодировались 8-ми битной последовательностью (квантовались), что давало цифровой поток 8КГц х 8бит = 64 Кбит/сек. Этот цифровой сигнал получил название DS0 (Digital Signal level zero), и, именно, он является тем строительным "кирпичиком", на базе которого создаются более мощные цифровые системы передач, емкость которых измеряется числом DS0, содержащихся в них.

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. .

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать данные 24 абонентов. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 представляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей . Четыре канала типа Т1 объединяются в канал следующего уровня цифровой иерархии - Т2, передающий данные со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал ТЗ, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Аппаратура T1, T2 и ТЗ может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре T1, стали сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, перестав быть внутренней технологией этих компаний. Сети T1, а также более скоростные сети T2 и ТЗ позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представленные в цифровой форме, - компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована для международного применения. При этом в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости американской и международной версий цифровых сетей. Американская версия распространена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различиями), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом каналов Т в международном стандарте являются каналы типа El, E2 и ЕЗ с другими скоростями - соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. Американский вариант технологии также был стандартизован ANSI.

Несмотря на различия американской и международных версий технологии цифровой иерархии, для обозначения иерархии скоростей принято использовать одни и те же обозначения - DSn (Digital Signal n). В таблице приводятся значения для всех введенных стандартами уровней скоростей обеих технологий.

Иерархия цифровых скоростей

Или в графической форме:

На практике в основном используются каналы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ.

При передаче компьютерных данных канал Т1 предоставляет для пользовательских данных только 23 канала, а 24-й канал отводится для служебных целей.

Пользователь может арендовать несколько каналов 64 Кбит/с (56 Кбит/с) в канале Т1/Е1. Такой канал называется «дробным» (fractional) каналом Т1/Е1. В этом случае пользователю отводится несколько тайм - слотов работы мультиплексора.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддерживает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов ТЗ/ЕЗ обычно используется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.

Физический уровень международного варианта технологии определяется стандартом G.703.

Как американский, так и международный варианты технологии PDH обладают несколькими недостатками.

Одним из основных недостатков является сложность операций мультиплексирования и демультиплексирования пользовательских данных. Сам термин «плезиохронный», используемый для этой технологии, говорит о причине такого явления - отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Поскольку мультиплексируемые потоки не были синхронными, их скорости могли различаться в пределах допустимой нестабильности тактовых генераторов, формирующих битовые последовательности, каждого из них. Поэтому при мультиплексировании таких потоков, необходимо производить вставку либо исключение бит для согласования скоростей.

Наличие в PDH потоках выравнивающих битов, делает невозможным прямое извлечение из потока, составляющих его компонентов. Так, чтобы извлечь из потока 140 Мбит/сек (Е4) поток 2 Мбит/сек (Е1) необходимо демультиплексировать Е4 на четыре потока 34Мбит/сек (Е3), затем один из Е3 на четыре потока 8 Мбит/сек (Е2), и только после этого можно вывести требуемый Е1. А для организации ввода/вывода требуется трехуровневое демультиплексирование, а затем трехуровневое мультиплексирование (Рис.2). Такой подход был самоочевидным для обслуживания телефонного трафика с его иерархической системой узлов коммутации каналов. Но использование системы PDH в сетях передачи данных требует большого количества мультиплексоров, что значительно удорожает сеть и усложняет ее эксплуатацию.

Другим существенным недостатком технологии PDH является отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью. Служебные биты дают мало информации о состоянии канала, не позволяют его конфигурировать и т. п. Нет в технологии и процедур поддержки отказоустойчивости, которые очень полезны для первичных сетей, на основе которых строятся ответственные междугородные и международные сети. В современных сетях управлению уделяется большое внимание, причем считается, что управляющие процедуры желательно встраивать в основной протокол передачи данных сети.

Третий недостаток состоит в слишком низких по современным понятиям скоростях иерархии PDH.

В России федеральные операторы практически монополизировали рынок магистральных сетей Интернет. Они прокладывают самые толстые линии связи, а потом продают местным провайдерам право пользоваться ими. Но жизнь самих федеральных игроков – тоже не малина. В 2014 г. они должны зайти в каждый город с населением от 100 тыс. человек, а к 2018 г. их присутствие обязательно в городах с населением 8 тыс. человек. А это огромные инвестиции, которые неизвестно, когда окупятся и окупятся ли вообще.

Магистральный Интернет в России

Глобальная магистральная сеть Интернет опоясывает всю планету, соединяя континенты, страны и отдельные города. По большому счету магистральная сеть – это те же волоконно-оптические линии связи, которые приносят Интернет в наши квартиры и дома, только с большей пропускной способностью (от 100 Гбит/с до 10 Тбит/с при использовании современного оборудования). Строительством и обслуживанием таких сетей занимаются либо провайдеры, предоставляющие связь напрямую абонентам, либо компании, работающие только с провайдерами и не имеющие дел с конечными потребителями. Первых, конечно же, больше.

В России строить трансграничные магистральные сети и передавать трафик за границу могут только крупные федеральные провайдеры, многие из которых не ограничиваются магистралями внутри страны. Например, оператор RetnNet имеет Интернет узлы и линии не только на западе РФ, но практически по всей Европе. А провайдер «Синтерра», который сегодня принадлежит «МегаФону», связывает Россию только с некоторыми странами восточной Европы, которые находятся недалеко от наших границ. Региональные (охватывающие некую область в РФ) и локальные (охватывающие только один или несколько населенных пунктов) провайдеры не могут строить свои магистрали за границу и вынуждены пользоваться чужими, а плата за трафик «капает» в карман федеральных игроков рынка.

Нажмите, чтобы увеличить

Но при этом если вы думаете, что быть федеральным провайдером легко и выгодно, то вы ошибаетесь. К таким операторам имеются очень высокие требования. В частности, они обязаны присутствовать по всей стране, во всех регионах РФ. В 2014 г. они должны зайти в каждый город с населением от 100 тыс. человек, а к 2018 г. их присутствие обязательно в городах с населением 8 тыс. человек. Во всяком случае, так гласит сегодня закон. Насколько это реально? Даже самым «толстым» провайдерам это крайне трудно сделать. Но зато они монополисты на рынке иностранного трафика.

В целом тенденции развития рынка магистрального Интернета в России следующие: до 2011 г. включительно провайдеры занимались расширением сетей и строительством новых линий, в 2012 г.они приостановили расширение и начали модернизировать сети, увеличивать пропускную способность, расширять каналы, в 2013 г. провайдеры опять переключились на строительство новых магистральных узлов и линий. Та же тенденция сохранится и в текущем 2014 г.

Топ-10 крупнейших магистральных провайдеров России

В России существует два сегмента магистральных сетей связи: внутрироссийские каналы и международные каналы направления «Москва – Санкт-Петербург – Хельсинки – Стокгольм».

В основном, магистральные провайдеры активнее занимаются одним из направлений, затрачивая больше средств и усилий для его развития, чем другого. Это более эффективный путь, поскольку не приходится гнаться сразу за двумя зайцами. Так, например, операторы RetnNet, «Раском», ТТК и TeliaSonera International Carrier Russia направлены на строительство магистралей за границей, а в России имеют лишь несколько линий связи. А вот такие операторы, как «Синтерра», «ВымпелКом», больше внимания уделяют внутрироссийским магистральным каналам.

Представляем вам 10 самых крупных магистральных провайдеров России:

1. «Ростелеком» – 500 тыс. км магистралей;
2. «МегаФон» (включая сети «Синтерра») – 118 тыс. км магистралей;
3. МТС – 117 тыс. км магистралей;
4. «ВымпелКом» – 137 тыс. км магистралей;
5. «ТрансТелеКом» (ТТК) – 76 тыс. км магистралей;
6. «Старт Телеком» – 16 тыс. км магистралей;
7. «Раском» – 8,6 тыс. км магистралей;
8. Orange Business Services – 8,5 тыс. км магистралей;
9. RetnNet – 5,7 тыс. км магистралей;
10. TeliaSonera International Carrier Russia – 2 тыс. км магистралей.

Первая пятерка лидеров – это федеральные российские провайдеры, которые вкладывают огромные средства в развитие своих сетей и являются практически монополистами во многих сегментах рынка высокоскоростного Интернета в РФ. Большинство операторов из второй пятерки не предоставляют услуги частным российским пользователям, а работают больше с другими провайдерами, предоставляя в аренду свои магистрали.

Топ-3 крупнейших магистральных провайдеров Москвы

Естественно, самые «толстые» магистральные каналы тянутся из-за границы в Москву, а уже из столицы по регионам расходятся линии зачастую с меньшей пропускной способностью. Москва – это очень важный узел, через который проходит огромная часть российского трафика, да и уровень проникновения Интернета в столице намного выше, чем в регионах. Вот почему московским провайдерам нужен более широкий канал.

Тройка крупнейших магистральных провайдеров Москвы выглядит так:

1. «Ростелеком» – 80 тыс. км оптоволокна в Москве и Московской обл.;
2. МГТС – 25 тыс. км оптических линий в Москве и Подмосковье;
3. «АКАДО Телеком» – 18,5 тыс. км линий связи по Москве и Подмосковью.

Как прокладывают магистральные линии в РФ. Взгляд обывателя

Как работают магистральные каналы? Какая аппаратура выдерживает те нагрузки, которые нужны для высокоскоростной передачи огромных объемов информации? Как выглядят и где проложены кабеля магистральных сетей? Давайте попробуем во всем разобраться.

Для того чтобы высокоскоростной Интернет появился в Архангельске, Нижневартовске, Нягани или любом другом городе, нужно протянуть в этот населенный пункт кабель. Причем кабель этот должен быть достаточно толстым и надежным, чтобы выдерживать те нагрузки, которые ему придется пережить. А что уж говорить о кабелях, соединяющих континенты... Но как раз этих самых толстых кабелей никто никогда не видел. Ну, во всяком случае, рядовой обыватель не отличит Интернет-кабель от любого другого, да и не особо интересуется этим.

Как работают магистральные каналы

Магистральные каналы, в основном, прокладываются под землей, тем более, что оптоволокно – это достаточно хрупкий материал, который боится сильных ветров, обледенения и падения веток деревьев. То есть непогода крайне негативно влияет на ВОЛС. Как раз поэтому магистральные волоконно-оптические линии закапывают. В отличие от локальных линий оптоволокна, ведущих к многоэтажкам и частным домам. Последние прокладываются по воздуху, по электрическим столбам.

Оптоволоконные магистральные сети состоят из линий (кабелей) и узлов (крупные маршрутизаторы). Большинство магистральных операторов используют сегодня технологию DWDM – спектральное уплотнение канала, мультиплексирование с разделением по длине волны. Информация в одном городе направляется в аппаратуру спектрального уплотнения, где сжимается до пакетов минимальных размеров и в виде сигнала направляется в другой город, где происходит обратный процесс – распаковка и дешифровка данных. Из необходимого для такого процесса оборудования – мультиплексор, демультиплексор, транспондеры (основные производители Cisco, Huawei, Ciena). Данная технология позволяет передавать большие объемы данных практически одним «броском», значительно ускоряя передачу и расширяя канал.

Обрывы кабеля

Магистральные кабели часто страдают от нерадивых строителей и незаконных застройщиков, которые копают котлованы и траншеи, не удосужившись узнать, не проходит ли какая-нибудь линия связи или коммуникаций в этом месте. Поэтому провайдеры подстраховываются, создавая резервные каналы, чтобы пользователи не страдали в случае обрыва кабеля в одном месте.

Поскольку, как уже было сказано, обрывы кабеля – явление частое, то и ремонт обрывов является обычным делом. Бригада приезжает на примерное место поломки и ищет точку обрыва. Обычно ее видно сразу, поскольку само по себе оптоволокно не рвется, всегда есть внешний фактор – экскаватор, стройка, свежая глубокая траншея (ведь кабель закапывают на глубину порядка 2-4 метров). Но если невозможно точно увидеть, где авария, то существует специальный приборчик – рефлектометр, который подает оптический импульс и по времени возврата определяет довольно точно место обрыва. Мастера-ремонтники вырезают поврежденный кусок кабеля и делают вставку нового. При строительстве линии связи закладывается запас мощности сигнала, ведь врезка несколько ухудшает скорость передачи. Кстати, на оптике, проложенной по воздуху, можно увидеть на столбах бухты с запасом кабеля. Они как раз для ремонта обрывов. Чтобы не делать врезки, которые ухудшат качество связи.

Проблемы магистральных сетей в России

Основной проблемой магистральных провайдеров в нашей стране являются, собственно, размеры России. Дело в том, что мало проложить магистраль, нужно еще и поддерживать ее нормальную работу, регулярно модернизировать и ремонтировать. А на такой обширной территории это бывает крайне трудно и дорого. Ведь одно дело – заменить оборудование на сети, протяженностью 100 км, а совсем другое – 100 000 км.

Поэтому провайдеры часто тянут до последнего с модернизацией, пытаясь сэкономить или хоть как-то повысить окупаемость сети. И ремонтируют сеть на некоторых участках десятки раз, до тех пор, пока мощности хватает еле-еле. И только когда уже совсем падает скорость и пропускная способность, заменяют весь участок магистрали.

В России вложения провайдеров в развитие и обслуживание магистральной сети зачастую огромные. Поэтому не судите операторов строго, они стараются сделать максимум, затратив как можно меньше денег. Кроме того, на них давят не только экономические условия, но еще и законодательство, обязывающее каждый год прокладывать все больше новых магистральных линий.

Магистральная сеть компании ОАО «Ростелеком»

Нажмите, чтобы увеличить

Магистральная сеть компании «МегаФон»

Нажмите, чтобы увеличить

Магистральная сеть компании «Синтерра», принадлежащей «МегаФону»

Целесообразно делить территориальные сети, используемые для построения корпоративной сети, на две большие категории:

магистральные сети;

сети доступа.

Магистральные территориальные сети (backbone wide-area networks) используются для образования одноранговых связей между крупными локальными сетями, принадлежащими большим подразделениям предприятия. Магистральные территориальные сети должны обеспечивать высокую пропускную способность, так как на магистрали объединяются потоки большого количества подсетей. Кроме того, магистральные сети должны быть постоянно доступны, то есть обеспечивать очень высокий коэффициентом готовности, так как по ним передается трафик многих критически важных для успешной работы предприятия приложений (business-critical applications). Ввиду особой важности магистральных средств им может «прощаться» высокая стоимость. Так как у предприятия обычно имеется не так уж много крупных сетей, то к магистральным сетям не предъявляются требования поддержания разветвленной инфраструктуры доступа.

Обычно в качестве магистральных сетей используются цифровые выделенные каналы со скоростями от 2 до 622 Мбит/с, по которым передается трафик IP, IPX или протоколов архитектуры SNA компании IBM, сети с коммутацией пакетов frame relay, ATM, X.25 или TCP/IP. При наличии выделенных каналов для обеспечения высокой готовности магистрали используется смешанная избыточная топология связей, как это показано на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Структура глобальной сети предприятия

Под сетями доступа понимаются территориальные сети, необходимые для связи небольших локальных сетей и отдельных удаленных компьютеров с центральной локальной сетью предприятия. Если организации магистральных связей при создании корпоративной сети всегда уделялось большое внимание, то организация удаленного доступа сотрудников предприятия перешла в разряд стратегически важных вопросов только в последнее время. Быстрый доступ к корпоративной информации из любой географической точки определяет для многих видов деятельности предприятия качество принятия решений его сотрудниками. Важность этого фактора растет с увеличением числа сотрудников, работающих на дому (telecommuters - телекоммьютеров), часто находящихся в командировках, и с ростом количества небольших филиалов предприятий, находящихся в различных городах и, может быть, разных странах.

В качестве отдельных удаленных узлов могут также выступать банкоматы или кассовые аппараты, требующие доступа к центральной базе данных для получения информации о легальных клиентах банка, пластиковые карточки которых необходимо авторизовать на месте. Банкоматы или кассовые аппараты обычно рассчитаны на взаимодействие с центральным компьютером по сети Х.25, которая в свое время специально разрабатывалась как сеть для удаленного доступа неинтеллектуального терминального оборудования к центральному компьютеру.

К сетям доступа предъявляются требования, существенно отличающиеся от требований к магистральным сетям. Так как точек удаленного доступа у предприятия может быть очень много, одним из основных требований является наличие разветвленной инфраструктуры доступа, которая может использоваться сотрудниками предприятия как при работе дома, так и в командировках. Кроме того, стоимость удаленного доступа должна быть умеренной, чтобы экономически оправдать затраты на подключение десятков или сотен удаленных абонентов. При этом требования к пропускной способности у отдельного компьютера или локальной сети, состоящей из двух-трех клиентов, обычно укладываются в диапазон нескольких десятков килобит в секунду (если такая скорость и не вполне удовлетворяет удаленного клиента, то обычно удобствами его работы жертвуют ради экономии средств предприятия).

В качестве сетей доступа обычно применяются телефонные аналоговые сети, сети ISDN и реже - сети frame relay. При подключении локальных сетей филиалов также используются выделенные каналы со скоростями от 19,2 до 64 Кбит/с. Качественный скачок в расширении возможностей удаленного доступа произошел в связи со стремительным ростом популярности и распространенности Internet. Транспортные услуги Internet дешевле, чем услуги междугородных и международных телефонных сетей, а их качество быстро улучшается.

Программные и аппаратные средства, которые обеспечивают подключение компьютеров или локальных сетей удаленных пользователей к корпоративной сети, называются средствами удаленного доступа . Обычно на клиентской стороне эти средства представлены модемом и соответствующим программным обеспечением.

Организацию массового удаленного доступа со стороны центральной локальной сети обеспечивает сервер удаленного доступа (Remote Access Server, RAS) . Сервер удаленного доступа представляет собой программно-аппаратный комплекс, который совмещает функции маршрутизатора, моста и шлюза. Сервер выполняет ту или иную функцию в зависимости от типа протокола, по которому работает удаленный пользователь или удаленная сеть. Серверы удаленного доступа обычно имеют достаточно много низкоскоростных портов для подключения пользователей через аналоговые телефонные сети или ISDN.

Показанная на рис. 6.5. структура глобальной сети, используемой для объединения в корпоративную сеть отдельных локальных сетей и удаленных пользователей, достаточно типична. Она имеет ярко выраженную иерархию территориальных транспортных средств, включающую высокоскоростную магистраль (например, каналы SDH 155-622 Мбит/с), более медленные территориальные сети доступа для подключения локальных сетей средних размеров (например, frame relay) и телефонную сеть общего назначения для удаленного доступа сотрудников.

Глобальные компьютерные сети (WAN) используются для объединения абонентов разных типов: отдельных компьютеров разных классов - от мэйнфреймов до персональных компьютеров, локальных компьютерных сетей, удаленных терминалов.

Ввиду большой стоимости инфраструктуры глобальной сети существует острая потребность передачи по одной сети всех типов трафика, которые возникают на предприятии, а не только компьютерного: голосового трафика внутренней телефонной сети, работающей на офисных АТС (РВХ), трафика факс-аппаратов, видеокамер, кассовых аппаратов, банкоматов и другого производственного оборудования.

Для поддержки мультимедийных видов трафика создаются специальные технологии: ISDN, B-ISDN. Кроме того, технологии глобальных сетей, которые разрабатывались для передачи исключительно компьютерного трафика, в последнее время адаптируются для передачи голоса и изображения. Для этого пакеты, переносящие замеры голоса или данные изображения, приоритезируются, а в тех технологиях, которые это допускают, для их переноса создается соединение с заранее резервируемой пропускной способностью. Имеются специальные устройства доступа - мультиплексоры «голос - данные» или «видео - данные», которые упаковывают мультимедийную информацию в пакеты и отправляют ее по сети, а на приемном конце распаковывают и преобразуют в исходную форму - голос или видеоизображение.

Глобальные сети предоставляют в основном транспортные услуги, транзитом перенося данные между локальными сетями или компьютерами. Существует нарастающая тенденция поддержки служб прикладного уровня для абонентов глобальной сети: распространение публично-доступной аудио-, видео- и текстовой информации, а также организация интерактивного взаимодействия абонентов сети в реальном масштабе времени. Эти службы появились в Internet и успешно переносятся в корпоративные сети, что называется технологией intranet.

Все устройства, используемые для подключения абонентов к глобальной сети, делятся на два класса: DTE, собственно вырабатывающие данные, и DCE, служащие для передачи данных в соответствии с требованиями интерфейса глобального канала и завершающие канал.

Технологии глобальных сетей определяют два типа интерфейса: «пользователь-сеть» (UNI) и «сеть-сеть» (NNI). Интерфейс UNI всегда глубоко детализирован для обеспечения подключения к сети оборудования доступа от разных производителей. Интерфейс NNI может быть детализирован не так подробно, так как взаимодействие крупных сетей может обеспечиваться на индивидуальной основе.

Глобальные компьютерные сети работают на основе технологии коммутации пакетов, кадров и ячеек. Чаще всего глобальная компьютерная сеть принадлежит телекоммуникационной компании, которая предоставляет службы своей сети в аренду. При отсутствии такой сети в нужном регионе предприятия самостоятельно создают глобальные сети, арендуя выделенные или коммутируемые каналы у телекоммуникационных или телефонных компаний.

На арендованных каналах можно построить сеть с промежуточной коммутацией на основе какой-либо технологии глобальной сети (Х.25, frame relay, АТМ) или же соединять арендованными каналами непосредственно маршрутизаторы или мосты локальных сетей. Выбор способа использования арендованных каналов зависит от количества и топологии связей между локальными сетями.

Глобальные сети делятся на магистральные сети и сети доступа.