Мендкович А.С., Галицкий А.П.: Новое поколение транспортных технологий

Новое поколение транспортных технологий

А.П. Галицкий, А.С. Мендкович

Введение

Анализ происходившей в последние годы эволюции телекоммуникационных инфраструктур позволяет выделить три основных этапа их развития или три поколения телекоммуникационных сетей.

Для первого этапа было характерно внедрение технологий, основанных на медных витых парах или беспроводных технических решениях. При этом основной упор делался на оптимизацию и ускорение процессов коммутации и маршрутизации на уровне электронных устройств.

На втором этапе происходил процесс постепенной замены проводных (медные провода) и беспроводных технологий технологиями, ориентированными на использование волоконно-оптических инфраструктур. Это обусловлено тем, что пропускная способность оптического волокна составляет около 50 Тгц, в то время как максимальная производительность электронных устройств и пропускная способность витых пар, в силу физических особенностей последних, не превосходит нескольких Гбит/с. Однако второе поколение сетей использовало только небольшую часть пропускной способности, которая теоретически могла быть достигнута в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС).

Этого недостатка лишено третье поколение сетей, к которым следует, в первую очередь, отнести сети, построенные на базе технологии Wave-Length Division Multiplexing (WDM). Указанная технология использует гораздо большую, по сравнению со своими предшественниками, часть пропускной способности ВОЛС, разделяя полосу пропускания на множество отдельных каналов, на каждом из которых электронные устройства работают с пиковой производительностью.

Именно WDM-технология рассматривается как основная для Интернета следующего поколения. Одновременно с этой технологией связываются надежды на решение такой актуальной задачи, как снижение стоимости создания и эксплуатации транспортной сети, а также ее сложности с точки зрения управления. Кроме того, формируемая на основе WDM-технологий коммуникационная среда, как будет показано далее, в наибольшей мере удовлетворяет современным требованиям.

Требования к коммуникационной среде, в первую очередь, определяются, исходя из круга коммуникационных задач, для решения которых она используется. Современные коммуникационные задачи можно условно разбить на три основных категории.

Коммуникации «человек-человек» в режиме реального времени. Сюда можно отнести такие приложения, как телефония, видеоконференции и т. д. Данные приложения чрезвычайно чувствительны к задержкам передачи данных в сети и характеризуются ограниченной возможностью буферизовать данные.
Коммуникации «человек-компьютер». К этой категории относится наиболее популярное в настоящее время приложение World Wide Web, а также ряд других интенсивно развивающихся мультимедийных приложений. Для коммуникаций этой категории допустимы определенные задержки и имеется больше технических возможностей для буферизации данных.
Коммуникации «компьютер-компьютер». Сессии этой категории происходят в тот момент, когда непосредственного участия человека не требуется. Сюда относятся кэширование трафика, многоадресные потоки, электронная почта всех видов и другое.

Для решения задач всех трех категорий необходима коммуникационная среда с высокой пропускной способностью. Не вызывает сомнения то, что в формировании физического уровня указанной высокоскоростной среды на современном этапе ключевую роль играют ВОЛС, а также то, что они сохранят свое доминирующее положение и в обозримом будущем. Однако стоящие перед телекоммуникационной отраслью задачи могут быть полностью решены только при условии модернизации технологий, использующихся на всех уровнях. В частности, имеются реальные предпосылки к превращению IP в универсальный транспортный протокол, а также отчетливо выраженные тенденции к созданию на платформе IP новых приложений и сервисов, в том числе и потенциально способных заменить традиционные виды телекоммуникационных услуг. Примером последнего может служить, в частности, IP-телефония.

Целью данной статьи является анализ тенденции превращения Интернета в единую среду электронных коммуникаций и оценка перспектив проявления данной тенденции в российских телекоммуникациях.

Развитие новейших Интернет-приложений

Развитие IP-телефонии

Не подлежит сомнению, что какое-то время IP-телефония будет сосуществовать с традиционными телефонными сетями общего пользования. Поэтому важным является тот факт, что благодаря введению целого ряда стандартов стал возможен процесс постепенного перехода от традиционной телефонной технологии (коммутация каналов) к технологии пакетной коммутации. Эти стандарты описывают все основные варианты телефонной сессии в гетерогенной коммуникационной среде.

В смешанной телефонной сети возможны 5 вариантов телефонного разговора, проиллюстрированных на рис. 1. Варианты смешанных взаимодействий обозначены цифрами 3, 4, 5. Функция межсистемного взаимодействия (IWF) [1] требует конвертации протоколов и адаптации, в том числе:

адаптации сигнализации. Включает в себя трансляцию входящих сообщений сигнализации и их обработку. В основном это установка соединения и сброс;
управления средой. Включает в себя процесс идентификации, обработки и трансляции специфичных событий, инициированных пользователем или терминалом;
адаптации среды. Включает в себя адаптацию данных голоса к каналу передачи данных транспортной сети.

Рис. 1. Возможные схемы телефонных разговоров

Вариант № 1 предусматривает работу между двумя телефонами в стандартной телефонной сети и поэтому менее интересен для рассмотрения.

Вариант № 2 предусматривает работу собственно Интернет-телефонии, в которой сигнализация и кодирование сигнала производятся в конечных системах и прозрачны для всей сети. Часть приложения реализована на основе TCP, часть – на UDP. Так, например, TCP протокол используется для каналов сигнализации как наиболее критичных к передаче с ошибками. Данные голоса передаются по UDP протоколу, но требуют синхронизации в приемнике, для чего используется Real-Time протокол (RTP) [2]. Основополагающим документом для голосовых сообщений является рекомендация H.323 ITU-T. Эта же рекомендация описывает весь комплекс мультимедийных сессий поверх сетей пакетной коммутации. H.323 определяет три типа устройств: привратник, шлюз и терминал [3]. Привратник – устройство, обеспечивающее управление вызовами для терминалов. Примерами такого контроля являются трансляция адресов, авторизация вызовов и т. д. Шлюз отвечает за проведение всех трансляций, необходимых для передачи голосовых данных в гибридных сетях. Терминал и его компоненты приведены на рис 2 [4].

Хотя первая версия H.323 появилась более трех лет назад, а версия 2 – около полутора лет назад, продукты с реализацией данного протокола еще недостаточно распространены. Причиной этого является недостаточное, в отличие, например, от случая ATM, осознание коммуникационной индустрией сути H.323. По мнению производителей оборудования, протокол H.323 является слишком «избыточным», что значительно осложняет совместимость соответствующего оборудования. Поэтому в настоящее время большинство усилий разработчиков и производителей направлено, в первую очередь, на «упрощение» технологии «голос через Интернет». Иллюстрацией этого является, например, факт выпуска более чем 18 производителями [5] оборудования, основанного на протоколе SIP (Session Initiation Protocol – RFC 2543), спустя всего лишь 4 недели после опубликования данного протокола IETF.

Причина «непопулярности» H.323 кроется в следующем. H.323 развивался как продолжение стека протоколов: H.225.0 – для инициализации, ISDN Q.931 – для сигнализации, H.245 – для управления сессией и H.450 – для дополнительных сервисов [6]. Поскольку данный стек протоколов базируется на ISDN стандартах, то он рассчитан на применение только в соединениях «точка-точка». Это означает, что обычные телефонные услуги, такие, как конференция, перенаправление вызова, транспорт вызова, не могут быть реализованы без помощи внешнего устройства типа MCU (multipoint control unit), которое должно управлять сессией. Необходимость поддерживать в таком режиме многоточечные соединения делает затруднительным проведение конференций с большим количеством участников. Каскадирование MCU не дает в данном случае ощутимого облегчения задачи. Кроме того, учитывая, что MCU необходимы только для соединения «точка-много точек» или для перенаправления сервисов, их применение в каскадном режиме значительно удорожает инфраструктуру. Применение H.323 усложняется вследствие насыщенности его различными протоколами, а процесс передачи информации превращается в 6–7-шаговую процедуру. В результате можно сделать заключение о том, что применение H.323 эффективно лишь в небольших организациях, где необходимы в основном «точка-точка» сессии.

Рис. 2. Схема H.323 терминала Session Initiation Protocol (SIP)

Иначе обстоит дело с уже упоминавшимся протоколом SIP, который намного проще в установке и использовании. Установление SIP соединения сходно с установлением HTTP сессии, поскольку также основано на текстовых командах и заголовках пакетов. Конечно, начальная фаза инициализации соединения происходит медленнее, чем H.323 соединения, но в целом установка соединения происходит за 1,5 цикла, т. е. в 4 раза быстрее, чем в H.323. Это объясняется использованием всего одного протокола в отличие от H.323, где применяется целый стек протоколов. Как и в случае HTTP, неизвестная информация в заголовках пакетов игнорируется. Все запрашиваемые сервисы устанавливаются при помощи заголовка REQUIRE [7]. Если запрашиваемый вид сервиса недоступен, то идет возврат с кодом ошибки и указанием, какие виды сервиса недоступны. В соответствие с этим пользователь может перезаказать сервис на упрощенном уровне. В SIP реализовано только четыре заголовка (TO, FROM, CALL-ID и CSEQ) и три типа запроса (INVITE, ACK и BYE). Поскольку принципы SIP сходны с принципами HTTP, он может быть легко расширен любым разработчиком. Особенностью протокола SIP является то, что добавляемые особенности «вытесняют» предыдущие, что позволяет оставаться протоколу небольшим и простым в использовании, в отличие от H.323, где новые опции добавляются на верхний уровень стека протоколов и делают данную спецификацию весьма значительной по объему. Еще одной важной особенностью SIP является масштабируемость. SIP серверы и шлюзы могут находиться в стабильном и нестабильном состояниях. В нестабильной конфигурации вызовы проходят через сервер или шлюз и затем освобождают его, что позволяет серверу заниматься другими вызовами. Конференционные вызовы масштабируемы, потому что SIP может использовать UDP и TCP, делая конференционные вызовы такими же простыми, как мультикастная сессия. Исходя из этой архитектуры, большая конференция может быть образована без использования каскада MCU устройств или множества шлюзов. Еще одним важным отличием SIP от H.323 является следующее. Архитектура SIP – клиент/сервер она требует уровня управления вызовами на базе сервера, который отсутствует в моделях с использованием шлюза и привратника, применяемых в большинстве H.323 конечных терминалах. Первое, что делает SIP клиент [8] – находит сервер, обычно через DNS. SIP прокси-сервер может быть элементарно интегрирован в брандмауэр и транслятор сетевых адресов. Предлагаемые сейчас расширения в SIP протокол включают спецификации для управления секретностью вызовов и требования QoS, основанные на профайлах пользователей в соответствии с сигнализацией об изменениях условий в сети. Анализируя возможности SIP, можно сделать вывод о наибольшей эффективности использования данного протокола в сетях большого размера в конференциях с большим количеством участников.

Недавно появилась модификация протокола – SIP+ [9], позволяющая осуществить конвергенцию с ТфОП. SIP+ упаковывает сигналы SS7, Q.931 или CAS в SIP сообщение. Поскольку SIP основан на сообщениях электронной почты, SIP+ транспортирует бинарные сигналы, как MIME добавления к SIP сообщению. Кодирование MIME позволяет «туннелировать» сигналы между узлами MGC (Media gateway Controller), при этом используется SUBTYPE для информирования MGC о типе сообщения (SS7, Q.931 или CAS), которое было закодировано. Вызовы, приходящие из ТфОП, могут использовать процедуру многошагового поиска SIP для маршрутизации вызова к абоненту. Вызовы также могут быть инициированы одним оператором и приняты другим с использованием NNI (Network-to-Network Interface), где сигнализация передается через шлюз к MGC. SIP+, создавая возможность MGC-MGC взаимодействия, позволяет передавать вызовы из одной ТфОП в другую ТфОП с использованием IP сети.

Передача видеоизображения через Интернет

Одной из предпосылок превращения Интернета в универсальную и доминирующую коммуникационную среду являются успехи в развитии технологии передачи видеосигналов поверх IP. Эти успехи, в свою очередь, обусловлены достижениями в методах компрессии/декомпрессии данных. Указанные достижения иллюстрирует таблица 1, в которой приведены краткие характеристики наиболее часто применяемых сегодня кодеков видеосигнала [10]. Не меньшую роль играет и появление на потребительском рынке соответствующего видео оборудования.

таблица 1. Характеристики кодеков видеосигнала

Последние поколения сравнительно недорогих цифровых камер [11] позволяют передавать высококачественные видеосигналы в режиме реального времени. При этом они подключаются непосредственно к компьютеру. Имеется также широкий спектр программных средств для распространения указанных видеосигналов через Интернет. Единственным ограничением для массового использования данной технологии остаются, как видно из таблицы 1, высокие требования к скорости передачи данных – не менее 15 Мбит/с. К сожалению, указанное ограничение не снимает и более эффективная схема компрессии видеоданных, например, JPEG, так как последняя позволяет снизить необходимую полосу пропускания только примерно до 20 Мбит/с. Однако в случае прогнозируемого успешного развития гигабитных сетей, позволяющих резко повысить скорость передачи мультимедийных данных, появляется принципиальная возможность отказа от компрессии, как для видео, так и для аудио сигналов, что значительно упростит и удешевит устройства ввода-вывода. Предполагается, что в течение ближайших нескольких лет цифровые камеры (например, DVD), как одно из самых последних технологических решений, вытеснят устаревшие аналоговые домашние камеры.

Интернет как единая телекоммуникационная среда

Как уже отмечалось, исходя из перечисленных выше предпосылок, можно предположить, что, скорее всего, Интернет будет постепенно превращаться в универсальное средство передачи всех видов информации. В этом случае в качестве транспортной среды должна использоваться коммуникационная инфраструктура, обеспечивающая максимально эффективное распространение именно IP пакетов. На сегодняшний день большинство операторов поддерживают ATM как основное сетевое решение, обеспечивающее различные классы сервиса. Действительно, АТМ – универсальное и оптимальное решение, позволяющее отказаться от необходимости арендовать выделенные линии для построения частных сетей, использовать SONET/SDH TDM [12] для голосовой телефонии и цифровые каналы для видео вещания. В тоже время АТМ имеет, с точки зрения сетевых операторов, и целый ряд недостатков.

В частности, процесс установления SVC в АТМ сетях, как известно, может происходить со значительными временными задержками, что резко снижает производительность сети. Кроме того, стоимость оборудования ATM-сетей существенно превосходит стоимость маршрутизирующих комплексов IP-сетей сравнимой производительности.

Таким образом, если сравнивать работу IP/ATM/Fiber с работой маршрутизаторов нового класса с пропускной способностью в несколько Терабит/с, ATM можно охарактеризовать как дополнительный уровень, влияющий на сложность и стоимость коммуникационной системы, а с введением IP6 – дублирующий функции обеспечения качества и надежности [13].

Если же рассматривать работу IP поверх существующих SONET/SDH сетей, то можно сказать следующее. SONET/SDH инфраструктуры отличаются высокой устойчивостью и временем реакции на сбой. Как известно, благодаря своей кольцевой топологии, время, необходимое на поиск альтернативного пути и переключения на него в случае сбоя, равно в данных сетях примерно 50 мсек. Однако точно такой же механизм имеется в Интернет-сетях. Поэтому при условии работы Интернета по оптоволоконным сетям уровень SDH/SONET представляется также избыточным, помимо того, что он так же, как и ATM, сложен в управлении. Кроме того, маршрутизатор может работать с асимметричным трафиком, характеризующимся разной плотностью трафика на приеме и на передаче. Сети SDH/SONET могут работать только со сбалансированным трафиком [14].

Поскольку оба упомянутых выше решения, IP/ATM и IP/SDH, не смогли удовлетворить требования сетевых операторов, в последние годы были предприняты значительные усилия по поиску альтернативных решений.

В частности, протокол MPLS обещает стать равноценной заменой АТМ. Этот протокол, также как ATM, является многофункциональным, но обладает рядом дополнительных преимуществ.

Мультиплексирование по длине волны (Wavelength division multiplexing)

Как уже отмечалось выше, новое поколение телекоммуникационных сетей будет строиться на базе волоконно-оптического кабеля, а применение WDM-технологии позволит увеличивать общую пропускную способность сетей практически неограниченно, причем с использованием тех же электронных интерфейсов, что использовались в сетях предыдущего поколения.

Отличием WDM от предшествующих технологий передачи сигнала по ВОЛС является использование не одной несущей длины волны, а дискретного набора длин волн.

Развитие WDM-технологии происходило в несколько этапов [15].

Первое поколение WDM-систем характеризовалось использованием только двух дискретных длин волн – 1310 и 1550 нм. Основные усилия были направлены на развитие систем для всего спектра телекоммуникационных сетей, как междугородних, так и городских. Основным результатом, достигнутом на этом этапе, была существенная экономия кабеля.
Второе поколение характеризовалось появлением технологии DWDM. На этом этапе использовался набор длин волн в диапазоне 1550 нм. В одной оптоволоконной жиле одновременно передавалось от 8 до 16 потоков с разной длиной волны. Кроме того, стали применяться оптические усилители. Приоритетным направлением разработок являлось создание систем, ориентированных на применение в магистральных сетях. DWDM-системы использовались главным образом для SONET/SDH двухточечных соединений.
Третье поколение положило начало созданию полностью оптических телекоммуникационных инфраструктур. При этом вследствие роста числа корпоративных сетей, а также общего числа корпоративных и частных пользователей Интернета, приоритет был отдан системам для сетей городского масштаба. Было вдвое увеличено количество длин волн (16–32) и стала применяться кольцевая топология. В результате была создана протокольно-независимая архитектура, достигнуты повышенная надежность коммуникационной среды и гибкость в предоставлении сервиса.
Современный этап характеризуется дальнейшим развитием, на качественно новом уровне, систем для всех типов сетей и ориентацией на «полностью оптические» сетевые инфраструктуры [16]. Уже существуют устройства, обеспечивающие передачу информации с использованием более 100 длин волн. Ожидается, что в ближайшем будущем коммутации в транспортной среде будут производиться на оптическом уровне. Благодаря этому будет обеспечена повышенная гибкость сетевой топологии, недостижимая на предыдущих этапах.

На всех этапах дополнительным стимулом внедрения WDM являлась предоставляемая ею возможность постепенного перехода от унаследованных цифровых технологий канального уровня к IP поверх оптического волокна.

Внешняя простота WDM-технологии обеспечивается использованием целого ряда высокотехнологичных компонент.

Одним из ключевых и самых дорогостоящих элементов WDM-системы является наличие набора высокопроизводительных лазеров [17]. По одному для каждой из длин волн, использующихся в WDM системе (рис. 3). Эти лазеры должны быть устойчивы и способны работать в очень узком интервале длин волн.

Рис. 3. Система WDM

Для преодоления затухания сигнала необходимы усилители. До недавних пор усиление сигнала осуществлялось только при помощи электрических усилителей. Настоящим прорывом в области передачи светового сигнала явилось создание сверхширокополосных оптических усилителей (EDFA). Устройства состоят из двух параллельно включенных усилителей, один из которых содержит активное волокно, легированное эрбием и ионами тулия [18]. Для выравнивания коэффициентов усиления в схему включен эквалайзер. Усиление оптического сигнала происходит в диапазоне длин волн 153–1610 нм с коэффициентом усиления G=20 при коэффициенте шума менее 7,5 дБ. Существующие в настоящее время лазеры могут передавать без усиления сигнал на расстояние около 80 км со скоростью 2,5 Гбит/с и на расстояние 50 км – со скоростью 10 Гбит/с. Поэтому большинство муниципальных WDM-сетей в мире в основном не требует усиления какого-либо типа. Следует отметить, что в силу технологических особенностей EDFA-усилители требуют, после 5–6-элементного каскада, применения электрического усилителя.

Повторители в WDM сетях большой протяженности делятся на 3 класса:

Полностью прозрачный повторитель просто повторяет сигнал, сохраняя его параметры. Примером является упомянутый выше повторитель типа EDFA.
Повторитель, прозрачный для цифрового сигнала. Такой повторитель конвертирует сигнал из оптической формы в электронную, повторяет электрический импульс, конвертирует импульс в оптическую форму и передает его.
Третий тип повторителей осуществляет дополнительно синхронизацию в процессе усиления сигнала.

Следующим важным элементом оптической сети являются транспондеры, которые обеспечивают преобразование поступающего от маршрутизатора электрического сигнала в оптическую форму и, кроме того, адаптируют его к стандартизированной длине волны.

В MAN (Metropolitan Area Network) системах могут также применяться оптоволоконные мультиплексоры – add-drop muliplexors (ADM). ADM выборочно прерывает или добавляет специфичную длину волны в WDM системе.

Как уже отмечалось ранее, все преимущества новой коммуникационной инфраструктуры могут быть эффективно использованы только в случае модернизации технологий всех уровней. В частности, с целью оптимизации управления потоками данных в современных волоконно-оптических сетях создаются новые протоколы, одним из примеров которых может служить технология динамической передачи пакетов, DTP (Dynamic Packet Transport Protocol) компании Cisco Systems.

Dynamic Packet Transport Protocol

Предпосылками для создания нового протокола канального уровня являются следующие недостатки в работе протокола поверх SONET/SDH:

Неэффективность использования полосы пропускания. SONET/SDH кольца имеют специальные тайм-слоты, которые постоянно резервируют половину пропускной способности. Кроме того, поскольку SDH (SONET) относятся к классу TDM-технологий, то выделяется фиксированная полоса пропускания для «точка-точка» соединений, независимо от ее реальной загруженности.
Высокая стоимость и сложность.

Попытка преодолеть перечисленные выше недостатки была сделана при разработке протокола DPT (Dynamic Packet Transport Protocol). DPT кольцо состоит из двух противоположно направленных волокон, каждое из которых используется на конкурентной основе для передачи данных и управляющих пакетов.

Поскольку DPT использует структуру кадра SDH/SONET, то она может быть использована поверх любой инфраструктуры, включая:

сырое волокно;
WDM;
SONET/SDH «точка-точка» и кольцо.

Данная способность к инфраструктурной прозрачности позволяет DPT функционировать и в гибридной среде. Естественно, DPT может работать поверх оптического волокна любого типа:

многомодового для внутриузловых соединений;
одномодового для больших расстояний при реализации в MAN и WAN сетях, а также сетях национального значения.

Ключевыми преимуществами DPT являются:

Эффективность использования кольцевой топологии. В отличие от других кольцевых технологий, таких как FDDI и Token Ring, где данные удаляются из кольца только после подтверждения о получении их адресатом, здесь они удаляются получателем и, следовательно, не используют дополнительную пропускную способность.
Алгоритм «справедливого» использования. На каждом узле кольца запущена процедура данного алгоритма, позволяющая избежать штормовых нагрузок на кольцо и оптимизировать передачу пакетов до адресатов.
Двойное кольцо. Оба кольца DPT используются конкурирующим образом для передачи трафика.
Статистическое мультиплексирование. В отличие от TDM не используются тайм-слоты и нет зарезервированной полосы пропускания. DPT анализирует использование кольца различными узлами и выделяет полосу пропускания с очень гибкой процедурой буферизации.

DPT имеет еще несколько особенностей, известных как Intelligent Protection Swintching (IPS), для проведения мониторинга производительности, быстрого восстановления обычной топологии и IP сервиса после неблагоприятных событий. Подобно механизму APS, существующему в SONET/SDH, IPS производит:

мониторинг производительности кольца и выявление мест неполадок и их изоляцию посредством SONET/SDH дополнительных байтов;
50-мс восстановление соединений и заворот кольца после определения неполадки на физическом уровне;
выстраивание иерархии коммутации в случае множественных столкновений или неполадок.

Однако, в отличие от APS, IPS производит дополнительные действия, оптимизирующие общую работу:

не использует SONET/SDH подзаголовки в пакетах, если работа не производится поверх инфраструктуры SDH/SONET;
производит 50-мс восстановление IP соединений без изменения таблиц маршрутизации;
требует не четко определенной зарезервированной полосы пропускания и оптимально изменяет путь следования пакетов, когда кольцо заворачивается;
многоуровневая осведомленность – IPS мониторит и управляет событиями на физическом, канальном и сетевом уровнях;
производит plug-and-play действия – не требуется заранее конфигурировать вновь подключаемые устройства.

Реализации прототипов новой транспортной среды

Примером наиболее масштабной и успешной реализации концепции «оптического Интернета» является канадская национальная сеть CA*netIII. Данный проект осуществлялся в рамках национальной программы телекоммуникаций в 1998 году. Его отличие от всех предшествующих проектов высокоскоростных сетей заключалось в том, что во всех предыдущих случаях создаваемые сети были ориентированы на обеспечение традиционного стандартного набора телекоммуникационных услуг, тогда как проект CA*netIII предполагал передачу преимущественно Интернет-трафика.

В результате проекта была построена волоконно-оптическая сеть на основе WDM-технологии с использованием 8 длин оптических волн с суммарной пропускной способностью, соответствующей стандарту OC-192. Сеть объединила 13 высокопроизводительных точек обмена трафиком, оснащенных высокопроизводительными маршрутизаторами фирмы-производителя Cisco Systems 12008-GSR.

Успешное создание CA*netIII создало технические предпосылки и инициировало реализацию целого ряда крупномасштабных канадских проектов и национальных программ, посвященных развитию высокоскоростных сетей: «Гигабитный Интернет – в каждый дом Канады к 2005 году» (GITH), «Гигабитный Интернет – в каждую канадскую школу» (GITS) и «Гигабитный Интернет – в каждую канадскую библиотеку» (GITL).

Обоснованием проекта GITH стало концептуальное положение, согласно которому формирование и развитие информационного общества невозможно без решения технологической задачи «последней мили». Стратегия проекта предполагает развитие сети нового поколения, в которой одновременно решались бы задачи передачи всех видов трафика. Преимуществом такой сети является возможность потенциального потребителя использовать именно ту полосу пропускания, которая ему реально нужна – от нескольких Мбит/с до нескольких Гбит/с. Это обеспечивается различными способами: индивидуальные оптические волокна, индивидуальные длины волн или непосредственное статистическое мультиплексирование.

Экономическое обоснование для построения чисто волоконно-оптической сети следующее. Технология FTTH требует капиталовложений порядка $1500–3000 на одного пользователя (домовладельца). Это в 2–3 раза больше, чем подключение по выделенной телефонной линии ($900–1200) или подключение при помощи телевизионного кабеля ($600–900). Подключение с использованием гибридной (HFC) технологии требует около $1200–1500. По мнению специалистов Bellcore, от 20 до 60 % от общей стоимости составляют затраты на сеть доступа. Остальная часть затрат в любом случае идет на опорную сеть. Таким образом, GITH архитектура предполагает затраты порядка $750 для сети доступа, порядка $100 для ввода волоконно-оптического кабеля непосредственно в дом и стоимость аренды порядка $36. Итого – $900–1000 для одного потребителя.

Если провести сравнение с кабельными модемами или xDSL решениями, то для них капитальные вложения составляют порядка $500 для каждого потребителя. Однако они имеют намного меньший жизненный цикл из-за моральной амортизации. Таким образом, хотя стоимость системы GITH оказывается в 2 раза выше в расчете на одного потребителя, зато ее цикл амортизации больше на 20–30 лет, чем у xDSL и кабельных модемов.

Еще одним интересным примером является опыт развития сети типа FTTH в Пало-Альто [19]. Сеть строится на средства городского бюджета и находится во владении муниципалитета.

Отличительные черты данного города:

средний и выше среднего годовой доход жителей;
соседствует со Стэнфордским университетом;
город владеет разнообразными жизнеобеспечивающими инфраструктурами – газ, электричество, вода;
высокий процент инженеров-системотехников, программистов и других специалистов в области компьютерных технологий среди населения
наличие точки межсетевого обмена IP-трафиком;
созданное в 1997 году оптоволоконное кольцо.

В ходе реализации данного проекта сначала была построена опытная сеть, основной задачей которой была передача данных Интернета. Были использованы дешевые технологии на канальном уровне – 10/100 Мбит/с Ethernet на основе оптоволоконного кабеля. Выбор оптоволокна был сделан на основе сравнительного анализа возможностей и цен на различные виды технологий, распространенные в Пало-Альто.

Завершение создания полномасштабной сети планируется к 2002 году. Общий бюджет проекта оценивается в 25 млн. долл. США (с учетом того, что строительство 1 метра волоконно-оптической сети обходится в $7–15).

Преимущества внедрения новейших оптоволоконных технологий.

С возникновением новых оптоволоконных технологий (сырое волокно, находящееся во владении пользователя, выделенные длины волн, приобретенные пользователями, 10 Гбит/с Ethernet, и т. д.) пользователь получает возможность строить сети на физическом уровне так же легко, как он строил виртуальные сети.
Используя данную возможность, мир телекоммуникаций будущего может вовлечь тысячи потребителей в процесс построения собственных сетей на физическом уровне так же, как это было на виртуальном уровне.

В заключении следует отметить следующее. Мировые операторы унаследованных телекоммуникационных инфраструктур весьма неохотно участвуют в развитии проектов «оптического Интернета» на базе своих сетей, полагая, что это несет за собой неоправданные расходы. Однако истинная причина кроется в желании окупить средства, вложенные в созданные и эксплуатирующиеся в настоящее время инфраструктуры. При этом, к сожалению, упускается из виду тот факт, что внедрение новейших технологий позволит резко сократить расходы на содержание телекоммуникаций и увеличить как качество и количество услуг, так и количество их потребителей. В России в силу отсталости развития электронных средств коммуникаций сложилась ситуация, при которой имеется возможность перейти к этапу построения телекоммуникационных инфраструктур на принципиально новом уровне, минуя этапы, связанные с унаследованными электронными средствами обмена информацией.

Литература

1. Voice service interworking for PSTN and IP Networks / Maher Hamdi, Oliver Versheure, Jean-Pierre Hubaux // IEEE Communications Magazine, May, 1999.
2. «Internet Telephony» / M. Guizani, A. Rayes, M. Atiquzzaman // IEEE Communications Magazine. April, 2000.
3. Е. С. Крылов Корпоративная IP-телефония // Компьютерная телефония, 1999, №№ 2–3.
4. «Что ждет российскую IP-телефонию?» // Компьютерная телефония. 1999, № 4.
5. «When Good Standards Go Bad», David Willis, 23August 1999, Network. Computing, www.network-computing.com.
6. Darrin Woods. Translating Menus at the VoIP Cafе // Network Computing, Issue: 1026, December 1999, (http://www.network-computing.com).
7. M. Handley, H. Schulzrinne, J. Rosenberg. SIP: Session Initiation Protocol // Network Working Group, Request for Comments: 2543, March, 1999.
8. David Willis. The Future is SIP // Network Computing, 20 september 1999 (http://www.network-computing.com).
9. S. Petrack, L. Conroy. The PINT Service Protocol: Extensions to SIP and SDP for IP Access to Telephone Call Services // Network Working Group, Request for Comments: 2848, June 2000.
10. Redefining Telemedicine: HDTV Videoconference Links. Doctors from around the World, Gilles Gagnon Communications Research Centre, CANARIE’s Advanced Network workshop, 1998.
11. Gigabit Internet to every Canadian Home by 2005, Bill St. Aranaud, (http://www.canarie.ca).
12. Любимов А. Е. Технологии передачи данных в магистральных сетях // Технологии и средства связи. 2000, № 2.
13. S. Deering, R. Hinden. Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification // Network Working Group, Request for Comments: 1883, December 1995.
14. Метелев В. Протокол IP будет доминировать на магистралях операторов // Технологии и средства связи. 2000, № 1.
15. All Optical Networking Consortium WDM Description (http://www.aon.com)
16. Заркевич Е. А., Скляров О. К. Внедрение волоконно-оптических технологий на абонентском участке сети // Технологии и средства связи. 2000, № 2.
17. Устинов С. А., Скляров О. К., Заркевич Е. А. Основные направления развития систем волоконно-оптической связи // Технологии и средства связи. 1999, № 6.
18. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи в современных и перспективных телекоммуникационных системах // Технологии и средства связи. 2000, № 1.
19. The Palo Alto Fiber to the Home Trial A Work in Progress / Ken Poulton // Palo Alto Fiber Network // 5th CANARIE’s Annual Advanced Networking workshop, 1999, (http://www.canarie.com).