Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей

Введение

С каждым годом усиливается тенденция сближения компьютерных и телекоммуникационных сетей разных видов. Предпринимаются попытки создания универсальной, так называемой мультисервисной сети, способной предоставлять услуги как компьютерных, так и телекоммуникационных сетей.

  К телекоммуникационным сетям относятся телефонные сети, радиосети и телевизионные сети. Главное, что объединяет их с компьютерными сетями, — то, что в качестве ресурса, предоставляемого клиентам, выступает информация. Однако эти сети, как правило, представляют информацию в разном виде. Так, изначально компьютерные сети разрабатывались для передачи алфавитно-цифровой информации, которую часто называют просто данными, в результате у компьютерных сетей имеется и другое название — сети передачи данных, в то время как телефонные сети и радиосети были созданы для передачи только голосовой информации, а телевизионные сети передают и голос, и изображение.

  Несмотря на это, конвергенция телекоммуникационных и компьютерных сетей идет по нескольким направлениям.

  Прежде всего, наблюдается сближение видов услуг, предоставляемых клиентам. Первая и не очень успешная попытка создания мультисервисной сети, способной оказывать различные услуги, в том числе услуги телефонии и передачи данных, привела к появлению технологии цифровых сетей с интегрированным обслуживанием (Integrated Services Digital Network, ISDN). Однако на практике ISDN предоставляет сегодня в основном телефонные услуги. Сегодня на роль глобальной мультисервисной сети нового поколения, часто называемой в англоязычной литературе Next Generation Network (NGN), или New Public Network (NPN), претендует Интернет. Наибольшую привлекательность сейчас представляют собой новые виды комбинированных услуг, в которых сочетаются несколько традиционных услуг, например, услуга универсальной службы сообщений, объединяющей электронную почту, телефонию, факсимильную службу и пейджинговую связь. Наибольших успехов на практическом поприще достигла IP-телефония, услугами которой прямо или косвенно сегодня пользуются миллионы людей. Однако для того, чтобы стать сетью NGN, Интернету еще предстоит пройти большой путь.

Технологическое сближение сетей происходит сегодня на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг. Телефония уже давно сделала ряд шагов навстречу компьютерным сетям, прежде всего, за счет представления голоса в цифровой форме, что делает принципиально возможным передачу телефонного и компьютерного трафика по одним и тем же цифровым каналам (телевидение также может сегодня передавать изображение в цифровой форме). Телефонные сети широко используют комбинацию методов коммутации каналов и пакетов. Так, для передачи служебных сообщений (называемых сообщениями сигнализации) применяются протоколы коммутации пакетов, аналогичные протоколам компьютерных сетей, а для передачи собственно голоса между абонентами коммутируется традиционный составной канал.

Дополнительные услуги телефонных сетей, такие как переадресация вызова, конференц-связь, телеголосование и другие, могут создаваться с помощью так называемой интеллектуальной сети (Intelligent Network, IN), по своей сути являющейся компьютерной сетью с серверами, на которых программируется логика услуг.

Сегодня пакетные методы коммутации постепенно теснят традиционные для телефонных сетей методы коммутации каналов даже при передаче голоса. У этой тенденции есть достаточно очевидная причина — на основе метода коммутации пакетов можно более эффективно использовать пропускную способность каналов связи и коммутационного оборудования. Например, паузы в телефонном разговоре могут составлять до 40 % общего времени соединения, однако только пакетная коммутация позволяет “вырезать” паузы и использовать высвободившуюся пропускную способность канала для передачи трафика других абонентов. Другой веской причиной перехода к коммутации пакетов является популярность Интернета — сети, построенной на основе данной технологии.

 Использование коммутации  пакетов для одновременной передачи  через пакетные сети разнородного  трафика — голоса, видео и текста  — сделало актуальным разработку  новых методов обеспечения требуемого  качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Методы QoS призваны минимизировать уровень задержек для чувствительного к ним трафика, например голосового, и одновременно гарантировать среднюю скорость и динамичную передачу пульсаций для трафика данных.

Однако неверно было бы говорить, что методы коммутации каналов морально устарели и у них нет будущего. На новом витке спирали развития они находят свое применение, но уже в новых технологиях.

Компьютерные сети тоже многое позаимствовали у телефонных и телевизионных сетей. В частности они берут на вооружение методы обеспечения отказоустойчивости телефонных сетей, за счет которых последние демонстрируют высокую степень надежности, так недостающую порой Интернету и корпоративным сетям.

Сегодня становится все более очевидным, что мультисервисная сеть нового поколения не может быть создана в результате “победы” какой-нибудь одной технологии или подхода. Ее может породить только процесс конвергенции, когда от каждой технологии будет взято все самое лучшее и соединено в некоторый новый сплав, который и даст требуемое качество для поддержки существующих и создания новых услуг. Появился новый термин — инфокоммуникационная сеть, который прямо говорит о двух составляющих современной сети — информационной (компьютерной) и телекоммуникационной. Учитывая, что новый термин еще не приобрел достаточной популярности, мы будем использовать устоявшийся термин “телекоммуникационная сеть” в расширенном значении — то есть включать в него и компьютерные сети.

1. Общая структура  телекоммуникационной сети

Ярко выраженная в последнее время тенденция сближения различных типов сетей характерна не только для локальных и глобальных компьютерных сетей, но и для телекоммуникационных сетей других типов.

К телекоммуникационным сетям в настоящее время можно отнести:

• телефонные сети ;
• радиосеть ;
• компьютерные сети
• телевизионные сети ;

Во всех этих сетях предоставляемым клиентам ресурсом является информация.

Таблица характеризует изначальное распределение вида услуг и формы представления информации в сетях разного типа. Телефонные сети оказывают интерактивные услуги (interactive services), так как два абонента, участвующие в разговоре (или несколько абонентов, если это конференция), попеременно проявляют активность.

Радиосети и телевизионные сети оказывают широковещательные услуги (broadcast services), при этом информация распространяется только в одну сторону - из сети к абонентам, по схеме "один ко многим" (point-to-multipoint).

Сегодня по многим направлениям идет конвергенция разных видов телекоммуникационных сетей.

Несмотря на то, что различия между компьютерными, телефонными, телевизионными и первичными сетями, безусловно, существенны, все эти сети на достаточно высоком уровне абстракции имеют сходные структуры.

Телекоммуникационная сеть  (pис. 1) в общем случае включает следующие компоненты:

• сеть доступа (access network) - предназначена для концентрации информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети ;
• магистраль (backbone или core network) - объединяет отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам ;
• информационные центры или центры управления сервисами (data centers или services control point) - это собственные информационные ресурсы сети, на основе которых осуществляется обслуживание пользователей.

Рисунок 1 Структура телекоммуникационной сети

И сеть доступа, и магистральная сеть строятся на базе коммутаторов. Каждый коммутатор оснащен некоторым количеством портов, которые соединяются с портами других коммутаторов каналами связи.

1.1 Сеть доступа

Сеть доступа  представляет собой нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети.

К этой сети подключаются конечные (терминальные) узлы - оборудование, установленное у пользователей (абонентов, клиентов) сети. В случае компьютерной сети конечными узлами являются компьютеры, телефонной - телефонные аппараты, а телевизионной или радиосети - соответствующие теле- и радиоприемники.

Основное назначение сети доступа  - концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети.

Сеть доступа , как и телекоммуникационная сеть  в целом, может состоять из нескольких уровней (на рисунке показано два). Коммутаторы, установленные в узлах нижнего уровня, мультиплексируют информацию, поступающую по многочисленным абонентским каналам (называемым часто абонентскими окончаниями, local loop) и передают ее коммутаторам верхнего уровня, чтобы те в свою очередь передали ее коммутаторам магистрали. Количество уровней сети доступа  зависит от ее размера; небольшая сеть доступа  может состоять из одного уровня, а крупная - из двух-трех. Следующие уровни осуществляют дальнейшую концентрацию трафика, собирая его и мультиплексируя в более скоростные каналы.

1.2 Магистральная  сеть

Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, выполняя функции транзита трафика между ними по высокоскоростным каналам. Коммутаторы магистрали могут оперировать не только информационными соединениями между отдельными пользователями, но и агрегированными информационными потоками, переносящими данные большого количества пользовательских соединений. В результате информация с помощью магистрали попадает в сеть доступа  получателей, демультиплексируется там и коммутируется таким образом, что на входной порт оборудования пользователя поступает только та информация, которая ему адресована.

В том случае, когда абонент-получатель подключен к тому же коммутатору доступа, что и абонент-отправитель (непосредственно или через подчиненные по иерархии связей коммутаторы), последний выполняет необходимую операцию коммутации самостоятельно.

1.3 Информационные  центры

Информационные центры /центры управления сервисами - это собственные информационные ресурсы сети, на основе которых осуществляется обслуживание пользователей. В таких центрах может храниться информация двух типов:

• пользовательская информация, то есть те данные, которые непосредственно интересуют пользователей сети;
• вспомогательная служебная информация, позволяющая предоставлять пользователям некоторые услуги.

Примером информационных ресурсов первого типа могут служить Web-порталы, на которых расположена разнообразная справочная информация и новости, информация электронных магазинов и т.п. В телефонных сетях роль таких центров играют службы экстренного вызова (например, милиции, скорой помощи) и справочные службы различных организаций и предприятий - вокзалов, аэропортов, магазинов и т.п. В телевизионных сетях такими центрами являются телестудии, поставляющие "живую" картинку или же воспроизводящие ранее записанные сюжеты или фильмы.

К ресурсам второго типа относятся, например, различные системы аутентификации и авторизации пользователей, с помощью которых организация, владеющая сетью, проверяет права пользователей на получение тех или иных услуг; системы биллинга, которые в коммерческих сетях подсчитывают плату за предоставленные услуги; базы данных учетной информации пользователей, хранящие имена и пароли, а также перечни услуг, на которые подписан каждый пользователь. В телефонных сетях существуют центры управления сервисами (Services Control Point, SCP), где установлены компьютеры, на которых хранятся программы нестандартной обработки телефонных вызовов пользователей, например вызовов бесплатных справочных служб коммерческих предприятий (так называемые службы 800) или вызовов при проведении телеголосования. Еще одним из распространенных видов вспомогательного информационного центра является централизованная система управления сетью, которая представляет собой программное обеспечение, работающее на одном или нескольких компьютерах.

Естественно, у сетей каждого типа имеется много особенностей, тем не менее, их структура в целом соответствует описанной выше. В то же время, в зависимости от назначения и размера сети, некоторые составляющие обобщенной структуры могут в ней отсутствовать или же иметь несущественное значение. Например, в небольшой локальной компьютерной сети нет ярко выраженных сетей доступа и магистрали  - они сливаются в общую достаточно простую структуру. В корпоративной сети, как правило, система биллинга отсутствует, так как услуги сотрудникам предприятия оказываются не на коммерческой основе. В некоторых телефонных сетях могут отсутствовать информационные центры, а в телевизионных - сеть доступа приобретает вид распределительной сети, так как информация в ней распространяется только в одном направлении - из сети к абонентам.

2. Общая структура компьютерной сети

2.1 Сети операторов  связи

Компьютерные сети можно классифицировать по различным критериям. Уже упоминавшееся в предыдущих лекциях деление на локальные и глобальные сети происходит по территориальному признаку, то есть по размерам территории, которую покрывает сеть. Другим важным признаком классификации сетей является назначение предоставляемых услуг:

• сети операторов связи (сети провайдеров услуг) оказывают общедоступные услуги;
• корпоративные сети предоставляют услуги только сотрудникам того предприятия, которое владеет сетью.

2.2 Операторы связи и клиенты

Существуют сети, которые создаются специально для оказания общедоступных (публичных, public) телекоммуникационных услуг. Примерами таких сетей могут служить городские, региональные, национальные и международные телефонные сети. Их услугами пользуются многочисленные клиенты - владельцы домашних и мобильных телефонов, а также предприятия (корпоративные пользователи). Еще одной традиционной телекоммуникационной услугой является предоставление в аренду каналов связи. У первичных сетей PDH/SDH, создаваемых телекоммуникационным предприятием для объединения своих АТС, обычно остается не используемая для внутренних нужд канальная емкость, которую логично сдавать в аренду. Типичными потребителями этой услуги являются крупные предприятия, которые создают с помощью арендованных каналов собственные сети - телефонные или компьютерные.

По мере роста популярности компьютерной обработки данных к набору телекоммуникационных услуг добавилась возможность объединения локальных сетей предприятий с помощью общедоступной территориальной сети передачи данных, например сети технологии X.25, frame relay, ATM или IP. Internet-революция 90-х годов породила такую распространенную общедоступную услугу, как доступ в Internet для обмена сообщениями электронной почты и использования ресурсов многочисленных Web-сайтов. Вскоре среда Internet стала использоваться предприятиями не только для доступа к "чужим" информационным ресурсам, но и для объединения собственных, то есть как типичная сеть передачи данных, оказывающая транспортные услуги. На стыке телефонных и компьютерных сетей начали появляться новые типы общедоступных услуг, использующие возможности комплексного применения различных технологий.

Специализированное предприятие, которое создает телекоммуникационную сеть для оказания общедоступных услуг, владеет этой сетью и поддерживает ее работу, традиционно называется оператором связи (telecommunication carrier) .

Операторы связи отличаются друг от друга:

• набором предоставляемых услуг;
• территорией, в пределах которой предоставляются услуги;
• типом клиентов, на которых ориентированы услуги;
• имеющейся во владении оператора инфраструктурой - линиями связи, коммутационным оборудованием, информационными серверами и т.п.

2.3 Услуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктура

Операторы связи осуществляют свою деятельность на коммерческой основе, заключая договоры с потребителями услуг.

Услуги можно разделить на несколько уровней и групп, используя разные критерии классификации.

1. На рисунке группы услуг определяются по типу сетей, которые их оказывают - телефонные или компьютерные. Для полноты картины нужно было бы дополнить рисунок услугами телевизионных и радиосетей. На рис. 2 показаны только некоторые основные уровни и группы, но и эта неполная картина хорошо иллюстрирует широту спектра современных телекоммуникационных услуг и сложность их взаимосвязей. Услуги каждого более высокого уровня опираются на услуги нижележащих уровней. Услуги предоставления в аренду каналов связи являются услугами самого нижнего уровня, так как пользователь сначала должен построить с помощью этих каналов собственную сетевую инфраструктуру (установить телефонные коммутаторы или коммутаторы пакетных сетей).

Следующий уровень составляют две большие группы услуг:

• телефонные услуги;
• услуги компьютерных сетей.

Рисунок 2 Классификация услуг телекоммуникационной сети (закрашенные области соответствуют традиционным услугам операторов связи)

Этот уровень, в свою очередь, можно делить на подуровни, так как из более простых услуг строятся более сложные. Например, на основе услуги доступа к Internet, которая заключается в простом транспортном подключении компьютера или локальной сети к всемирной общедоступной сети, можно оказывать услуги электронной почты. Или же на основе базовой телефонной услуги соединения абонентов можно создать услугу голосовой почты.

Верхний уровень сегодня занимают комбинированные услуги, реализация которых требует совместного оперативного взаимодействия компьютерных и телефонных сетей.

2. Услуги можно классифицировать в зависимости от того, предоставляется ли клиенту дополнительная информация:
• услуги, состоящие в передаче трафика в неизменном виде между абонентами сети;
• услуги, состоящие в предоставлении пользователю информации, созданной оператором или операторами связи.

Телефонный разговор - это пример услуги первого типа, так как информация создается абонентами сети, а оператор только доставляет ее от одного абонента к другому. К этому же типу относится услуга соединения двух локальных сетей клиента с помощью сети передачи данных оператора. Примерами услуг второго типа (их обычно называют информационными) являются услуги справочных служб телефонной сети или услуги какого-либо Web-сайта.

3. Еще один общеупотребительный признак классификации услуг - наличие или отсутствие интерактивности. Если при оказании услуги попеременно и в реальном масштабе времени активны два (или более) абонента, то это интерактивная услуга . Телефонный разговор - классический пример интерактивной услуги. Если же абонент только получает информацию, передаваемую по сети, то это не интерактивная услуга. Например, таковы услуги радио и телевидения, аналогичные услуги предоставляют Web-сайты, однако здесь грань между интерактивностью и неинтерактивностью провести зачастую сложно, так как пользователь может активно участвовать в просмотре содержимого сайта, играя или отвечая на вопросы анкеты.

Каждый оператор связи оказывает те услуги из общего набора, которые ему представляются наиболее соответствующими его профилю и экономически выгодными. В большинстве стран мира (и в России тоже) операторы связи должны получать от государственных органов лицензии на оказание тех или иных услуг связи. Такое положение существовало не всегда - практически во всех странах были операторы, которые фактически являлись монополистами на рынке телекоммуникационных услуг в масштабах страны. Сегодня происходит процесс демонополизации этой области деятельности, бывшие монополисты продолжают работать, но им приходится бороться за клиентов с новыми операторами, которых часто называют альтернативными, так как благодаря им у пользователей действительно появляется свобода выбора.

2.4 Клиенты

Все множество клиентов - потребителей инфотелекоммуникационных услуг - можно разделить на два больших лагеря:

• массовые индивидуальные клиенты;
• корпоративные клиенты.

2.4.1 Массовые индивидуальные клиенты

В первом случае местом потребления услуг является квартира или частный дом, а клиентами - жильцы этой квартиры, которым нужны, прежде всего, базовые услуги - телефонная связь, телевидение, радио и (пока еще не всем) выход в Internet.

Для массовых клиентов очень важна экономичность услуги - низкая месячная оплата, возможность использования стандартных терминальных устройств (телефонные аппараты, телевизионные приемники, персональные компьютеры), а также существующей в квартире проводки в виде телефонной пары и телевизионного коаксиального кабеля. Сложные в обращении и дорогие терминальные устройства, такие как, например, включающие компьютер телевизоры или IP-телефоны, вряд ли станут массовыми до тех пор, пока не приблизятся по стоимости к обычному телевизору или телефону и не будут поддерживать простой пользовательский интерфейс, не требующий для освоения прослушивания специальных курсов.

Существующая в наших домах проводка - это серьезное ограничение для предоставления услуг доступа в Internet и новых услуг компьютерных сетей, так как она не рассчитана на передачу данных, а подведение к каждому дому нового качественного кабеля, например, волоконно-оптического, обойдется недешево. Поэтому доступ в Internet чаще всего осуществляется с помощью низкоскоростного модемного соединения по телефонной сети. Однако постепенно развиваются новые технологии - так называемые технологии цифровых абонентских линий, позволяющие передавать по существующей телефонной проводке данные с гораздо более высокой скоростью, чем обычные модемы.

2.4.2 Корпоративные  клиенты

Корпоративные клиенты - это предприятия и организации различного профиля. Небольшие предприятия по набору предпочтительных услуг не слишком отличаются от массовых клиентов - это та же базовая телефония и телевидение, только телефонных номеров такому предприятию может потребоваться не один, а два-три, да и потребности в передаче данных сводится к стандартному модемному доступу к Internet.

Крупные же предприятия, состоящие из нескольких территориально рассредоточенных отделений и филиалов, а также имеющие сотрудников, часто работающих дома, нуждаются в расширенном наборе услуг. Прежде всего, такой услугой является виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN), когда оператор связи создает для предприятия иллюзию того, что все его отделения и филиалы соединены частной, то есть полностью принадлежащей и управляемой предприятием-клиентом сетью, в то время как на самом деле при этом используется сеть оператора, то есть общедоступная сеть, одновременно передающая данные многих клиентов. Услуги VPN могут предоставляться как для телефонии (например, корпоративные пользователи звонят по сокращенным внутренним номерам), так и для сетей передачи данных.

В последнее время корпоративные клиенты все чаще пользуются не только коммуникационными, но и информационными услугами операторов - например, переносят собственные Web-сайты и базы данных на территорию оператора, поручая последнему поддерживать их работу и обеспечивать быстрый доступ к ним для сотрудников предприятия и, возможно, других пользователей сети оператора.

Крупные корпоративные клиенты требуют расширенного набора услуг и согласны платить за него больше, чем за стандартный, если услуги предоставляются с высоким уровнем качества. Поэтому оператор может взяться за прокладку новой физической линии связи до помещения такого клиента и установку сложных коммуникационных устройств.

Одни операторы оказывают услуги как массовым, так и корпоративным клиентам, другие специализируются только на одной категории потребителей.

2.5 Инфраструктура

Кроме субъективных и правовых причин, на формирование набора предлагаемых оператором услуг оказывает влияние материально-технический фактор, так как для предоставления определенной услуги оператор должен владеть соответствующей аппаратно-программной инфраструктурой. Так, для оказания услуг по аренде каналов оператор должен иметь в своем распоряжении транспортную сеть - например, первичную сеть PDH/SDH или же сеть с коммутацией - каналов, такую как ISDN. Для оказания информационных Web-услуг он должен создать собственный сайт, который должен быть соединен с Internet, чтобы пользователи Internet могли получить доступ к нему.

В тех случаях, когда у оператора отсутствует необходимая инфраструктура для оказания некоторой услуги, он может воспользоваться услугами другого оператора, на основе которых требуемая услуга может быть сконструирована. Например, для создания общедоступного Web-сайта электронной коммерции оператор связи может не иметь собственной IP-сети, соединенной с Internet. Для этого ему достаточно только создать информационное наполнение сайта и поместить его на компьютере другого оператора, сеть которого имеет подключение к Internet. Аренда физических каналов связи для создания собственной телефонной или компьютерной сети является другим типичным примером предоставления услуг при отсутствии одного из элементов аппаратно-программной инфраструктуры.

Оператора, который предоставляет услуги другим операторам связи, часто называют оператором операторов (carrier of carriers) .

Физические каналы связи и другие элементы первичной транспортной инфраструктуры играют ключевую роль в предоставлении любых коммуникационных услуг, так как без них передача информации становится просто невозможной. Вообще говоря, от наличия или отсутствия собственной транспортной инфраструктуры зависит и название предприятия, оказывающего информационно-коммуникационные услуги - традиционное "оператор связи" или новое "провайдер (поставщик) услуг". Хотя каждый оператор связи, безусловно, оказывает услуги своим клиентам, то есть является провайдером услуг, в этих терминах есть некоторая разница. Говоря "оператор связи", обычно подчеркивают то обстоятельство, что компания владеет собственной транспортной инфраструктурой, поддерживает ее функционирование и на этой основе предоставляет услуги. Обычно традиционный оператор связи в первую очередь оказывает низкоуровневые транспортные услуги - простую передачу трафика (телефонного или данных) между географическими пунктами без его дополнительной обработки. Когда же говорят "провайдер услуг", то акцент делается на том, что предприятие оказывает новые высокоуровневые услуги, например доступ в Internet, размещение в своей сети информационных ресурсов (Web-сайты, базы данных предприятий), но не обязательно владеет собственной развитой транспортной инфраструктурой, так как часто для их эффективной реализации достаточно арендованных сетевых ресурсов.