Технология объединения каналов

Помимо многих достоинств сети ISDN имеют один существенный недостаток — довольно низкую пропускную способность отдельной линии. Это стало особенно очевидным в последнее время, когда возникла реальная потребность в скоростях обмена, измеряемых сотнями и тысячами килобит в секунду.

Скорость сетей ISDN

Жизнь сыграла с технологией ISDN злую шутку. Сперва она была слишком дорогой и поэтому мало кому доступной, а сейчас мало кому нужна, поскольку является низкоскоростной. Но за десятилетия своего становления эта технология приобрела достаточную «критическую массу», чтобы остаться на рынке телекоммуникаций по меньшей мере еще лет десять-пятнадцать. Справедливости ради стоит отметить, что в рамках телефонных систем традиционной архитектуры ISDN не имеет себе равных, и если бы не потребность в скоростной передаче информации, за ее будущее можно было бы не беспокоиться.

Чаще всего необходимость в передаче по каналам ISDN скоростного трафика возникает при проведении сеансов связи между высококачественными системами видеоконференц-связи (ВКС) и при объединении локальных сетей. Для этого используют специальные устройства, называемые инверсными мультиплексорами (Inverse Multiplexer, IMUX). Варианты их подключения к сети ISDN представлены на рис. 1.

При объединении локальных сетей таким образом создаются резервные линии, работающие со скоростью до 512 кбит/с в периоды повышенной нагрузки или при отказе основных каналов связи. Иногда через ISDN организуется основной канал подключения локальных сетей небольших филиалов к центральному офису.

Для оборудования ВКС в основном актуальны скорости обмена от 64 до 384 кбит/с, причем выбор определяется несколькими факторами. С технической точки зрения скорость зависит от конкретного типа оконечного устройства и правильной настройки параметров как самого оборудования ВКС, так и линии ISDN. Кроме того, учитывается экономическая целесообразность: затраты на передачу трафика по сетям ISDN, особенно при междугородних и международных соединениях, могут быть довольно внушительными. Для потребителя высокая скорость является предпочтительной, так как обеспечивает лучшее качество видеоизображения. Большая пропускная способность требуется и для виртуального канала связи, выделенного для обмена данными в соответствии с рекомендациями ITU-T Т.120.

Персональные (desktop) абонентские комплекты ВКС как правило подключаются к одной линии BRI и имеют интерфейс, соответствующий эталонной точке S. Максимальная скорость обмена не превышает 128 кбит/с. Групповые (room) устройства обычно используют три такие линии и работают на скоростях до 384 кбит/с. Устройства ВКС могут устанавливать соединения на скорости, приемлемой для обеих сторон, что позволяет проводить сеансы связи между персональными и групповыми системами (но только на скорости до 128 кбит/с).

Таким образом, для передачи высокоскоростных приложений по сетям ISDN задействуется достаточно большой диапазон скоростей — от 64 до 512 кбит/с.

Анатомия IMUX

Технология инверсного мультиплексирования гениально проста. Если обычный мультиплексор объединяет несколько входных сигналов для передачи по общему каналу связи, то инверсный, как следует из его названия, раскладывает единый сигнал на несколько потоков. На приемной стороне осуществляется операция, аналогичная обычному мультиплексированию. Принцип функционирования IMUX иллюстрирует рис. 2, а основные характеристики некоторых инверсных мультиплексоров, выпускаемых ведущими производителями приведены в таблице.

IMUX разбивает входящий поток на пакеты, транспортируемые по каналам ISDN со скоростью 64 кбит/с. Очень важной задачей становится обеспечение временной и фазовой синхронизаций таких каналов. Для этого в течение всего сеанса связи мультиплексор контролирует процесс передачи данных и особенно значения задержек в каналах.

Еще одной замечательной особенностью IMUX является возможность изменения числа активных сеансов связи в зависимости от входящей нагрузки. Эта функция очень полезна в случае организации резервных линий при объединении локальных сетей. При номинальной нагрузке соединения через сеть ISDN не задействуются, при возникновении небольших перегрузок может проключаться только одна линия, если же трафик продолжает увеличиваться, то устанавливаются дополнительные соединения. Когда нагрузка снижается, они отключаются. Такой режим работы экономически довольно эффективен.

Для ВКС используются режимы с фиксированным числом линий в течение конкретного сеанса связи. Требуемое количество линий определяется во время установления соединения и зависит от необходимой скорости обмена между устройствами ВКС.

Обычно IMUX имеет до четырех портов ISDN с S- или U-интерфейсом, а также один или несколько портов данных. Трансляция номера ISDN от оконечного оборудования может производиться через интерфейс X.21 или дополнительный сигнальный интерфейс RS-366. Набор номера ISDN осуществляется либо устройством данных (при подключении, например, через интерфейс Х.21), либо самим IMUX. Существуют модели, допускающие ввод номера с помощью управляющих клавиш на лицевой панели.

Все процедуры инверсного мультиплексирования и установления соединения с использованием нескольких линий ISDN определяются стандартом, разработанным консорциумом BONDING.

Технология объединения каналов

Консорциум BONDING (Bandwidth ON Demand INteroperability Group) был образован в начале 90-х гг. основными производителями инверсных мультиплексоров в целях выработки единого стандарта. Само слово «bonding» по толковому словарю Longman трактуется как процесс развития особых взаимоотношений между двумя или более людьми — не правда ли, очень похоже на определение инверсного мультиплексирования! Стандарт BONDING регламентирует процедуры вызова, установления, поддержки соединения и его разъединения для нескольких каналов 56 или 64 кбит/с.

На рис. 3 показано, как осуществляются процедуры вызова и установления соединения между двумя устройствами ВКС с использованием IMUX. Для корректной работы инверсного мультиплексора при инсталляции необходимо занести в его память данные о номерах, назначенных этому IMUX администратором сети ISDN.

Передающая сторона запрашивает первую линию вызываемого мультиплексора. В полном соответствии с процедурами ISDN организуется канал связи (мастер-канал). По нему происходит первоначальный обмен параметрами (аналогичный процедуре Handshaking в модемах), и вызываемый IMUX сообщает исходящему номера своих остальных линий ISDN. Затем передающая сторона осуществляет дополнительные вызовы на установление всех необходимых каналов связи. Происходит измерение и выравнивание величин задержек в каждом В-канале, а кроме того, определяется порядок распределения данных по этим каналам.

Инверсные мультиплексоры могут иметь пять режимов функционирования, но технология объединения каналов реально применяется только в четырех из них: в так называемом «прозрачном» режиме поддерживается только вариант установления соединений, свойственный технологии консорциума BONDING, и при обмене данными с ними не производится никаких манипуляций.

Режим 0 обеспечивает непосредственное подключение оконечных устройств (которые и осуществляют процедуры инверсного мультиплексирования) к единственной BRI-линии. Этот режим часто применяется для проведения ВКС на скоростях до 128 кбит/с.

Уже описанные процедуры вызова и установления соединения между двумя IMUX соответствуют режиму 1. Он не позволяет динамически изменять число каналов во время сеанса связи, поэтому в основном используется устройствами видеоконференц-связи.

Во режиме 2 вызов и установление соединения осуществляются аналогично предыдущему режиму. В течение сеанса связи непрерывно контролируются значения задержек в каналах и проверяется уровень битовых ошибок. Для этих целей применяются заголовки пакетов, занимающие 1,56% общей полосы пропускания каждого канала, или один байт из 64. В случае превышения некоторого порогового значения ошибок осуществляется автоматическая ресинхронизация каналов или их перекоммутация через сеть ISDN.

Режим 3 очень похож на второй за исключением одной детали: для служебной и проверочной информации организуется отдельный канал. Соответственно, для передачи данных полоса пропускания предоставляется полностью.

*  *  *

Не следует думать, что инверсные мультиплексоры и технология объединения каналов применяются только в сетях ISDN. Существуют IMUX для «сведения» в единую высокоскоростную «трубу» каналов Е1/Т1 (IMX-4, RAD Data Communications) и для передачи трафика АТМ через несколько линий E1/T1 (PSAX-100, Lucent Technologies). Технология инверсного мультиплексирования еще очень долго будет актуальной, поскольку потребности в высоких скоростях растут быстрее, чем возможности сетей передачи.