Производители оборудования операторского класса стремятся дополнить следующее поколение компонентов с поддержкой IP и MPLS функциями работы с трафиком реального времени. Подходов множество: от реализации IPv6 и поддержки эмуляции каналов по Ethernet до создания собственных методов для оптимизированной передачи пакетов.

Операторские сети будущего станут базироваться не на традиционных двухточечных соединениях (каналах) с жестко фиксированной пропускной способностью, а на гибком трафике данных с коммутацией пакетов, который хорошо знаком предприятиям благодаря имеющимся у них сетям Ethernet/IP. Сетевые операторы обещают более эффективное использование дорогой пропускной способности в ядре сети. Однако для производителей соответствующих компонентов это означает высочайшие требования к надежности, масштабируемости и управляемости устройств, а также дифференцированное ступенчатое качество услуг (Quality of Service, QoS) для классов потоков пакетов или данных. Отказ от каналов означает не что иное, как скорый перевод голосового, мультимедийного и видеотрафика в сети с коммутацией пакетов, которые до сих пор передавали нечувствительные потоки данных.

В качестве средства транспорта в городских сетях Ethernet конкурирует с новым поколением оборудования синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH), в то время как сетевые операторы на магистрали или в ядре постепенно переходят на быструю коммутацию меток (Multi-Protocol Label Switching, MPLS). Сквозной трафик пользуется привычными пакетами IP. Новая — шестая — версия IP (IPv6) по сравнению с наиболее распространенным на данный момент IPv4 предлагает не только преимущества большего и иерархически структурированного адресного пространства, но одновременно и параметры QoS: 8 бит предназначены для классификации трафика в соответствии с дифференцированными услугами, 20 бит — для меток потоков, относящихся к интегрированным услугам.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА УСЛУГ

Однако с появлением классов качества услуг MPLS и IPv6 окончательный поворот к сети следующего поколения еще не сделан. Поддержке голосового и видеотрафика мешают прежде всего такие факторы, как время задержки и его вариация. Поэтому комитеты по стандартизации и производители работают над способами минимизации подобных влияний.

Высокую активность проявляет комитет Metro Ethernet Forum (MEF). Его стандарт на службу эмуляции каналов по Ethernet (Circuit Emulation Services over Ethernet, CESoE) описывает способ реализации каналов на базе инфраструктуры Ethernet, в том числе воспроизведение таких параметров, как постоянная или переменная скорость (Constant/Variable Bit Rate, CBR/VBR) из мира мультиплексной передачи с разделением каналов по времени (Time-Division Multiplex, TDM) в городских сетях. CESoE — одна из услуг, которую MEF ратифицировал и летом прошлого года продемонстрировал на выставке Supercomm в Чикаго для операторов. Так называемые Т-линии (линии TDM) и услуги линии доступа TDM (TDM Access Line Services, TALS) позволяют организовать виртуальные выделенные линии по Ethernet.

Методы под названием CESoP (CES over Packet) поддерживают, к примеру, Pandatel, Axerra и производитель компонентов Zarlink. Стремление к оптимизации проявляют также Siemens, Lucent Bell Labs и RAD Group.

TDM ПО IP

В 1999 г. RAD предложила собственный метод для передачи голосового трафика по каналам IP — TDMoIP. Компания выбрала путь эмуляции каналов в сети IP. Сегодня этот подход служит базой для шлюзов серий IPmux и Vmux от RAD, а TDMoIP доведен до уровня гибкой технологии для передачи голосовых данных по инфраструктурам на базе пакетов (см. Рисунок 1). Так, он может применяться в сетях MPLS или Ethernet (TDM over Packet-Switched Networks, или TDMoPSN, или TDMoMPLS). Комитет по стандартизации ITU недавно включил этот метод в рекомендацию Y.1413 для мультисервисного межсетевого взаимодействия. На последней выставке CeBIT компания RAD представила специализированную интегральную схему (Applications Specific Integrated Circuit, ASIC) для TDMoIP, которую производитель собирается использовать в собственных конечных сетевых устройствах Ethernet. Кроме того, RAD готова предоставить ее другим производителям.

Еще одной компанией, стремившейся адаптировать сети IP для передачи голосового трафика, была Lucent. Уже в конце 90-х гг. Bell Labs разработала метод для ограничения потерь данных и времени задержки в случае соединений с передачей голоса по IP (Voice over IP, VoIP): программное обеспечение Connection Resource Manager проверяет, имеется ли достаточная пропускная способность с требуемым качеством сервиса для обслуживания входящего вызова VoIP, а потом резервирует эти ресурсы для телефонного разговора. Если пропускная способность или качество услуг не соответствует необходимому уровню, то программное обеспечение отклоняет звонок. Таким образом, запатентованный Connection Resource Manager, составная часть продуктовой линейки Accelerate от Lucent, уподобляет VoIP с традиционной телефонией.

ГИБКИЙ IP

Рисунок 2. В мюнхенской исследовательской лаборатории Siemens работает над оптимизацией пакетных магистралей для голосового и мультимедийного трафика.

Компания Siemens, в свою очередь, занимается разработкой гибкого IP (Resilient IP, ResIP) и, параллельно с этим, проекта King (компонентов для Internet следующего поколения). Работы по ResIP начались в 2002 г. в мюнхенской исследовательской лаборатории Siemens (см. Рисунок 2) в рамках совместного предприятия с производителем маршрутизаторов Juniper. Проект преследует цель создания стандарта де-факто для передачи голоса на базе пакетов в сетях нового поколения. Среди других задач были следующие: метод должен работать на базе стандартов (т. е. не дополнять существующие стандарты собственными функциями) и охватывать службы для проектирования, реализации и эксплуатации услуг VoIP. Свой вклад в аппаратное и программное обеспечение Siemens вносит в виде семейства Surpass, а Juniper предлагает маршрутизаторы серий Т и М для ядра сети (см. Рисунок 3), а также ERX в качестве сервера агрегирования широкополосного доступа (Broadband Aggregation Server, BRAS). Коммутаторы Ethernet поставляются компанией Extreme Networks. Проектная команда ResIP отвечает за рекомендации по проектированию.

Рисунок 3. Проект ResIP оптимизировал совместную работу серий М и Т от Juniper с оборудованием VoIP от Siemens.

Уже на первой фазе проекта была обеспечена поддержка 8 млн каналов с классами услуг (Class of Service, CoS) и качеством услуг. Время восстановления соединения в случае отказа (время сходимости) не должно превышать 2 с. Каналы STM-4 и различные соединения Gigabit Ethernet обслуживаются маршрутизаторами М10 и М20 от Juniper. Siemens предложила шлюз Hi-G 1200, систему телефонной коммутации EWSD и IP-телефоны. За назначение приоритетов голосовому трафику аппаратным образом отвечает маршрутизатор, для чего он использует параметр «тип услуги» (Type of Service, ToS). Таким образом система функционирует вплоть до нагрузки сети в 99%. Однако команда ResIP может продемонстрировать удовлетворительное качество передачи голосового трафика при 120-процентной нагрузке. Секрет вот в чем: в шлюзе Surpass Hi-G так называемая маскировка потери пакетов (Packet Loss Concealment) обеспечивает выравнивание вариации задержки. При этом шлюз замещает потерянные голосовые пакеты путем интеллектуальной интерполяции искусственно созданными «заменителями», в результате субъективно создается впечатление непрерывности воспроизводимой речи. Для сравнения — без этого трюка уже при уровне нагрузки на сеть в 105% IP-телефоны сталкиваются с заметными помехами, а при 120% качество речи ухудшается весьма заметно. Благодаря маскировке потери пакетов операторы, как считают специалисты Siemens, получают большую свободу при проектировании сети.

Проектная команда предпочла протокол маршрутизации между промежуточными системами (Intermediate System to Intermediate System, IS-IS) протоколу первоочередного выбора кратчайшего маршрута (Open Shortest Path First, OSPF). Одним из препятствий, которое требовалось преодолеть, было время сходимости IS-IS. В случае недоступности канала маршрутизатор с IS-IS после троекратного отсутствия ответа на сигнал приветствия переводит трафик на другой маршрут. С учетом того, что интервал между приветствиями составляет 3 с, время сходимости для междугородного телефонного разговора (характерная задержка 600—700 мс в масштабах такой страны как Германия) составляет приблизительно 9,1 с. Лишь после этого можно продолжить разговор. Любой привыкший к качеству TDM пользователь положил бы трубку уже после 9 с ожидания. Однако в случае использования маршрутизаторов Juniper длительность интервалов приветствия не превышает 0,33 с. Процесс сходимости, включая задержку в глобальной сети, занимает не более 1,9 с. Хотя это и означает все еще очевидное прерывание соединения, однако соответствует ожиданиям первой проектной фазы.

Во второй проектной фазе планка поднимается еще выше: в многодоменной среде с 50 млн мультимедийных пользователей время сходимости не должно превышать 1 с. В этом случае Siemens делает ставку на метод под названием «двунаправленное обнаружение продвижения данных» (Bidirectional Forwarding Detection, BFD), который реализован в настоящее время в операционной системе Junos от Juniper. BFD позволяет сократить интервалы приветствия до 10 мс. Этот метод должен стать стандартом (RFC); по информации Siemens, его поддерживает и Cisco. В итоге междугородные переговоры по IP со сходимостью менее 1 с становятся все реальнее и, таким образом, оказываются в одном классе с мобильными переговорами.

ПРОЕКТ KING

Если ResIP нацелен на управление ресурсами и отказами для соединений VoIP, то проект King идет еще дальше: он призван создать IP-платформу следующего поколения. Трафику данных «по мере возможности» (best effort), данным в реальном времени и интерактивным приложениям придется делить общую магистраль IP. В работе над этим проектом Siemens сотрудничает с двумя исследовательскими институтами и пятью университетами. Проект стартовал в октябре 2001 г. и должен был завершиться в сентябре 2004 г., однако продлен до марта 2005 г.

Путем автоматизации King собирается исключить важнейший источник ошибок: конфигурацию вручную. И в этом случае быстрому переключению на резервные соединения также способствует BFD. Эффективная загрузка ядра обеспечивается быстрой маршрутизацией MPLS, механизмами QoS (например, DiffServ) и протоколами распределения нагрузки наподобие протокола использования множества равноценных маршрутов (Equal Cost Multi-Path, ECMP). Автоматическое вычисление бюджета дополняет задание пограничных значений. Оно работает динамически в целях поддержки оперативной реакции на изменения в сети.

Сутью проекта King является механизм управления под названием «служба контроля сети» (Network Control Service, NCS). Он вычисляет распределение ресурсов и оптимальные метрики каналов. По данным Siemens, служба может функционировать самостоятельно или включаться в систему оперативной поддержки (Operational Support System, OSS) оператора. После секундного опроса она способна предоставить справки о нагрузке каждого соединения.

Как заявляет производитель, в общей сложности система позволяет осуществлять максимально автоматизированное управление операторской сетью. Однако часто весьма желательным оказывается управление вручную — тогда интерактивный инструмент моделирования должен совместно с экспертной системой разработать предложения для необходимых изменений в сети. Тестовые установки были запланированы на сентябрь — по окончании работы над проектом. Однако Siemens уже сообщила о повышенном интересе со стороны сетевых операторов. Результаты первого бета-проекта с компонентами King станут известны в 2005 г.

Методы, разрабатываемые компанией Siemens в перечисленных проектах, подготавливают почву для того, чтобы в будущем магистрали с коммутацией пакетов могли поддерживать голосовые и прочие интерактивные службы.

Вильгельм Грайнер — редактор LANline. С ним можно связаться по адресу: wg@lanline.awi.de.

Каждый разговор по отдельности

Cобственный подход для передачи голосового трафика по сети Ethernet предлагает производитель сетевого оборудования MRV Communications. В качестве опции в коммутирующей платформе OptiSwitch поддерживается технология Е-1 поверх Ethernet, причем коммутаторы этой линейки предназначены не для передачи потока данных Е-1 в сеть Ethernet — такая задача ставится редко, — а для объединения голосовой сети Е-1 и сети Ethernet в единую систему.

Принцип решения заключается в следующем. Поток Е-1 рассматривается как структурированный поток, состоящий из 32 голосовых каналов или телефонных разговоров, каждый из которых выделяется из потока по отдельности и обрабатывается совершенно независимо от других. При этом каждый из временных интервалов (time slot) передается с гарантированной задержкой через порты Ethernet коммутаторов OptiSwitch в рамках собственного сеанса протокола реального времени (Real Time Protocol, RTP). Таким образом, в сети для 32 голосовых каналов потока Е-1 организуется 32 сеанса RTP, а самого потока Е-1 как такового не существует — он собирается из «кусочков» лишь на выходе. Впрочем, поскольку временные интервалы передаются по сети совершенно независимо друг от друга, в сети Ethernet есть возможность указания собственного пункта назначения для каждого разговора. Таким образом можно управлять голосовым трафиком, что является основным отличием этого подхода от предлагаемого RAD.

По словам Кирилла Терлекчиева, главы представительства MRV Communications в странах СНГ и Балтии, еще одно отличие заключается в том, что благодаря выделению временных интервалов при отсутствии разговоров трафик также передаваться не будет, т. е. в это время нагрузка на сеть отсутствует. Кроме того, предлагаемый подход позволяет непосредственно влиять на качество сигнала, в частности он избавится от эха, и подавлять паузы в разговоре. Это ведет к дальнейшему снижению нагрузки на сеть: в рамках одного телефонного разговора, когда оба абонента молчат, при включенной функции подавления тишины трафика также нет, чем достигается более эффективное использование пропускной способности. — Максим Серегин

? AWi Verlag