_______________________________________________
И.А. Мизин
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Приближающийся XXI век можно смело назвать веком "информационного сообщества". С уверенностью можно констатировать все возрастающий интерес государств и общественных организаций к успехам телекоммуникационных технологий как к основе для создания единого информационного пространства (информационной инфраструктуры) планеты. Сложилось понимание информационной инфраструктуры - важнейшего компонента любого вида деятельности как совокупности информационных ресурсов и программно-аппаратных средств вычислительной и телекоммуникационной техники, информационных технологий и телекоммуникационных сетей.
Среди важнейших факторов, оказывающих политическое воздействие на процесс создания информационного сообщества, можно отметить:
• разработку проектов создания глобальной международной информационной инфраструктуры комиссиями Европейского сообщества и совещаниями глав правительств - членов большой семерки;
• EITO - European Information Technology Observatory - широкомасштабную европейскую инициативу, задача которой - выработка всеобъемлющего взгляда на европейский рынок информационных технологий и оказание услуг, представляемых данной индустрии как отдельным пользователям, так и общественным организациям;
• RACE - R&D in Advanced Communications Technologies in Europe - общеевропейскую исследовательскую программу по созданию развитых коммуникационных технологий;
• программу создания национальной информационной инфраструктуры США - National Infrastructure Plan (1993 г.) и Закон США о телекоммуникациях 1996 года;
• программу развития средств связи и информатики Министерства связи России, проекты Ростелекома (Центральный и Южный), Межведомственную программу РАН, Министерства науки, Госкомвуза и РФФИ "Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы".
Телекоммуникационные технологии играют ключевую роль в данной проблематике, определяют темпы и качество построения информационного сообщества.
Телекоммуникационные технологии построения сетей передачи информации, как самостоятельное понятие, возникли лишь в середине XX века, а уже к его концу мы наблюдаем проникновение их во все сферы человеческой деятельности. К числу факторов, оказавших определяющее воздействие на развитие телекоммуникационных технологий, в первую очередь следует отнести развитие микроэлектронной индустрии и связанное с этим развитие вычислительной техники, а также успехи последнего времени в технологии с вето водных систем.
Телекоммуникационные технологии развивались параллельно и взаимоувязано с развитием возможностей каналов связи - от аналоговых к высокоскоростным цифровым волоконно-оптическим линиям связи - и всеобщей компьютеризацией общества.
Сети передачи информации совершили колоссальный скачок от телеграфных и телефонных сетей первой трети XX века к интегральным цифровым сетям передачи всех видов информации (речь, данные, видео).
Этапы развития телекоммуникационных технологий можно определить следующим образом (рис. 1):
Наиболее впечатляющие успехи телекоммуникационных технологий наблюдаются в последние 15 лет.
Характерной особенностью технологии FR является частичный отказ от сложных процедур обнаружения и исправления ошибок при передаче информации по каналам связи. За счет этого достигается максимально полное использование пропускной способности каналов и ресурсов коммутационного оборудования.
Технология FR представляет собой эффективное средство соединения локальных сетей. Наряду с этим за счет использования мощных механизмов мультиплексирования и управления потоками, заложенными в метод FR, он обладает высоким потенциалом по интеграции и повышению производительности глобальных и национальных сетей, в особенности в условиях, когда имеет место большое разнообразие протоколов, в соответствии с которыми пользователи передают в сеть свою информацию.
Одним из ключевых вопросов, относящихся к Ш-ЦСИО, являлся вопрос о выборе метода коммутации, который должен быть положен в основу таких систем как коммутация каналов (аналогичная традиционной системе коммутации в обычной телефонной сети, при которой для каждого соединения устанавливается физический канал между корреспондирующей парой абонентов) или некоторая разновидность пакетной коммутации (при которой сеть передает информацию, организованную специальным образом в пакеты данных, снабженные адресом, куда они должны быть доставлены).
Метод пакетной коммутации является более гибким с точки зрения скоростей передачи и наиболее подходит для передачи разнородного трафика.
Основой ATM является единый цифровой формат и единые правила транспортировки и коммутации всех видов информации, в том числе и служебной.
SMDS. Switched Multimegabit Data Service — это высокоскоростная коммутационная служба передачи данных, подобная по своим свойствам ATM, однако в отличие от нее использует дейтаграммый метод коммутации.
Текущая спецификация SMDS предлагает пользователям доступ по выделенной линии со скоростями DS1 (1,544 Мбит/с) и DS3 (45 Мбит/с).
10BASE-T. Хотя технология Ethernet появилась более 10 лет назад, обеспечил ей массовое применение в конце 80-х годов стандарт 10Base-T, разработанный комитетом IEEE 802.3. Стандарт, который определял построение Ethernet с использованием неэкранированной витой пары, изменил саму природу ЛВС.
Стандарт 10Base-T специфицировал использование топологии типа "звезда" и концентраторов, что сделало сети более надежным и удобными для управления.
Как только промышленность признала 10Base-T в качестве основного способа построения сетей Ethernet, цена на концентраторы и сетевые интерфейсные карты резко упала, что обеспечило еще большее распространение технологии.
Коммутация в ЛВС. Появление коммутации означало большой скачок вперед в развитии технологий ЛВС (рис. 7). В отличие от технологий разделяемых ЛВС, где фиксированная пропускная способность делится между подключенными к ЛВС устройствами, коммутаторы дали возможность выделять каждому порту пропускную способность 10 Мбит/с, резко повысив пропускную способность ЛВС и улучшив ее характеристики.
В настоящее время дополнительный импульс развитию коммутации в ЛВС дала технология ATM. В отличие от других технологий коммутируемых ЛВС, ATM поддерживает передачу речи, данных и видеоинформации со скоростью сотен мегабит в секунду. Возможно, ATM станет первой технологией, используемой и в локальных и территориальных сетях.
Распределенные сети на оптоволокне. Использование оптоволокна в распределенных сетях позволяет обеспечить практически неограниченные скорости передачи информации, высокое качество и надежность (рис. 8).
Компании - владельцы сетей дальней связи используют технологию цифровой связи на оптоволокне, чтобы перестроить свои сети снизу доверху. В этот процесс включились и российские телекоммуникационные компании.
Наиболее мощной и динамично развивающейся телекоммуникационной сетью настоящего времени можно смело назвать сеть Интернет. За сравнительно короткий промежуток времени эта сеть сделала скачок от ведомственной сети к всемирной информационно-телекоммуникационной инфраструктуре.
Широкое использование оптоволокна потребовало разработки новых технологий цифровой передачи сигналов. Наиболее удачной оказалась технология синхронной цифровой иерархии SDH/SONET, которая задает стандарты для передачи данных на скоростях до 2,4 Гбит/с, с возможным увеличением до 10 Гбит/с.
Беспроводные сети мобильных абонентов. Достижения последнего десятилетия в области мобильных и беспроводных систем связи (особенно спутниковых и сотовых систем) позволяют обеспечивать доступ пользователей к сетям передачи данных из любой точки, в том числе и во время движения.
В настоящее время наиболее распространенными являются технологии, использующие стандарты MPT, NMT-450, AMPS, GSM.
Данные технологии продолжают активно развиваться, совершенствоваться. Одним из перспективных направлений является внедрение метода CDMA – кодового разделения частотного канала на основе документа IS-95. Данная технология позволяет наиболее полно и рационально использовать радиочастотный спектр канала.
Internet. Особо следует остановиться на успехах сети Internet (рис. 9).
В настоящее время 75 стран мира имеют доступ к Интернет. Помимо этого, еще 77 стран через систему электронной почты получили возможность подключаться к всемирной службе новостей Usenet, которая позволяет участникам-абонентам обмениваться информацией по различным специальным техническим проблемам.
По данным газеты "Financial Times", на сегодняшний день в сети Интернет работает приблизительно 40 млн. пользователей, объединенных более чем в 40 ООО сетей. Каждые 30 мин к Интернет присоединяется новая сеть, каждый месяц прибавляется 1 млн. новых пользователей. К 2000 г., по всей видимости, число пользователей Интернет превысит 100 млн. чел.
Сеть Интернет возникла в результате проекта, который был начат в середине 70-х годов и возглавлялся агентством Министерства обороны США DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency). Для реализации проекта были привлечены научные и технологические ресурсы университетских, промышленных и правительственных лабораторий США. Соразработчиками создаваемой телекоммуникационной инфраструктуры стали Национальный научный фонд (NSF), Министерство энергетики, Министерство обороны, Агентство здравоохранения и гуманитарных услуг и Национальное аэрокосмическое агентство (NASA). Получившуюся в результате интерсеть называют Connected Internet, DARPA/NFS Internet, TOP/IP Internet или просто Internet.
В настоящее время сеть Интернет представляет собой транснациональную инфраструктуру, объединяющую большое число различных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающих компьютеры различных типов и обеспечивающих передачу данных в различных физических средах: телефонных кабелях, оптоволокне, радио и спутниковых каналах.
Основными критериями вхождения компьютера в сеть Интернет является использование протокола TCP/IP для межмашинного обмена, подключение к какой-либо глобальной сети и выполнение определенных правил адресования и маршрутизации.
Интернет не имеет какого-либо единого административного органа, управляющего всей его инфраструктурой. Существует только ряд достаточно авторитетных образований (называемых комитетами), действующих на общественных началах и вырабатывающих общие рекомендации по принципам функционирования сети.
Internet предоставляет следующие основные классы услуг (рис. 10):
Необходимость эффективно работать во все более расширяющемся информационном пространстве Интернет потребовала создания специальных программных средств для навигации в этом своеобразном информационном океане.
Такие программы, получившие название "броузеров", сегодня должны быть установлены на каждом компьютере, подключенном к всемирной паутине WWW. С их помощью пользователь осуществляет доступ к серверам WWW, получение на свою рабочую станцию выбранных HTML-документов, их просмотр, редактирование, печать.
Электронная почта. Электронная почта существует более десяти лет. Но только в середине 80-х годов электронная почта получила широкое распространение в мире бизнеса, науки, образования. К концу десятилетия она стала одним из наиболее распространенных сетевых приложений.
Согласно исследованию, проведенному Ассоциацией Electronic Messaging Association, в 1994 г. было 23 млн. пользователей электронной почты. Ожидается, что к 2000 г. это число возрастет до 72 млн.
В настоящее время разработано большое количество реализаций электронной почты. Наиболее популярные системы электронной почты представлены в табл. 1.
Интеллектуальность. Рост интеллектуальности сетей обеспечивается использованием микроэлектроники и применением программного обеспечения в каждом индивидуальном сетевом устройстве. Такая интеллектуальность позволяет увеличить гибкость, возможности и надежность сетей и делает более легким управление глобальными сетями даже в неоднородных средах.
Интеллектуальная сеть предполагает большое число служб как для пользователя, так и для администратора сети. Один из ключевых аспектов состоит в том, что сеть предоставляет легкую и динамичную систему заказов и конфигурацию в соответствии с изменяющимися потребностями пользователя. Происходит радикальное изменение роли пользователя от роли пассивного пользователя к роли активного клиента.
Основные характеристики такого ряда сетей выглядят следующим образом:
Большое количество и мобильность пользователей. Беспроводные средства и миниатюризация приводят к глобальному распространению и мобильности оконечных устройств и терминалов и тем самым к глобальной мобильности и повсеместности для их пользователей (рис. 12).
Беспроводные цифровые устройства будут оказывать большое ударное воздействие на рынок, на котором до сих пор доминируют аналоговые устройства. Цифровые устройства, такие как СТ2 (Second generation of Cordless Telephone), DECT (Digital European cordless telecommunication), GSM (Group special mobile), CDMA и сети персональных компьютеров PCN представляют собой важный шаг к сетям передачи данных и мультимедиа. Миниатюризация электронных устройств, возрастающее проникновение стандартов PCMCIA (Personal computer memory card industry association) и снижение стоимости приводят к созданию и более широкому использованию размещающихся в руках терминальных систем.
В области мобильной связи также возрастающую роль играют спутниковые системы. Некоторые проекты, как, например, проект Iridium компании Motorola уже планируют создать всемирные глобальные сети связи на их основе.
СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ СВЯЗИ И СЕТЕВЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ
Российская Федерация по величине своей территории, разнообразию природно-климатических условий и населяющих ее народностей, насыщенности средствами коммуникаций представляет собой уникальное явление. Территория России занимает 17,1 млн. км2, на ее территории имеется 11 часовых поясов, насчитывается 6 климатических зон. В составе РФ имеется около 200 народов и народностей общей численностью около 150 мил. чел.
В течение многих десятилетий связь и ее инфраструктура в России развивались исходя из условий приоритетного обеспечения достаточного оборонного потенциала страны. В связи с этим связью обеспечивались прежде всего органы госуправления, армия, органы правопорядка, предприятия военно-промышленного комплекса. И лишь начиная со второй половины 80-х годов приоритетным направлением стало развитие сетей общего пользования. К этому времени относится и появление общедоступных сетей передачи данных. К настоящему времени на территории России функционируют десятки сетей передачи данных, ряд из которых имеют общенациональный масштаб и включены в общую телекоммуникационную структуру планеты.
По состоянию на середину 1996 г. в РФ телефонная плотность (один из показателей развития любой страны) достигает 17 номеров на 100 человек, что в настоящее время соответствует экономическому уровню страны. Для сравнения, промышленно развитые страны имеют среднюю телефонную плотность, равную 47.
Создание современной телекоммуникационной инфраструктуры такого региона, как Россия, является сложной масштабной задачей. Ее решение в России осуществляется по трем направлениям:
Для образования и науки важнейшее значение должно сыграть выполнение межведомственной программы "Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы". В программе участвуют Министерство науки РФ, Госкомвуз, Российская Академия наук и Российский фонд фундаментальных исследований. Программа должна быть реализована до 1998 г. Цель программы - создание базовой телекоммуникационной компьютерной аппаратно-программной среды, обеспечивающей рациональную интеграцию су шествующих компьютерных сетей, создающей предпосылки для массового доступа к отечественным и мировым информационным ресурсам, организацию эффективного обмена потоками информации и развитие отечественных информационных ресурсов, в том числе баз данных и знаний по приоритетным направлениям фундаментальной науки и высшего образования.
В результате выполнения этой программы, а также известной инициативы Джорджа Сороса по подключению к международной сети Internet ведущих периферийных университетов России будут созданы телекоммуникационные сети для науки и высшей школы в целом ряде регионов России (рис. 14).
В Москве в рамках этой программы создается Московская опорная сеть, состоящая из Северной и Южной частей. Уже функционирует Южная часть, объединяющая в основном научные и учебные центры.
Характеристика Московской опорной сети и перспектив ее развития подробно освещена в статье Н. Н. Репина, помещенной в сборнике «Технологии электронных коммуникаций».
В 1992 г. была образована ассоциация российских научных и учебных организаций - пользователей электронных сетей передачи данных RELARN (Russian Electronic Academic & Research Network) (рис. 15).
Перейдем к проблеме региональных телекоммуникационных проектов. Начиная с 1992 г., в России начал обозначаться, а с 1994 г. полностью определился интерес к созданию региональных информационно-телекоммуникационных компьютерных систем (РИТКС). Основой такого интереса явилось развитие рыночных отношений в России, и, как следствие, резкое увеличение потребности в надежной и своевременно доставляемой информации.
В настоящее время примерно в 10-15 регионах (областях) России созданы и коммерчески эксплуатируются региональные сети, построенные преимущественно с использованием аппаратуры, реализующей протокол Х.25. Как правило, в этих сетях предоставляется стандартный набор информационных услуг - электронная почта, удаленный доступ к базам данных, передача файлов, подключение (выход) к другим сетям. Абонентами такого рода сетей являются региональные банки, государственные административные службы и учреждения, отдельные коммерческие организации и пользователи. Такого рода сети достаточно рентабельны, срок окупаемости затрат составляет примерно полтора-два года.
Заметное влияние на развитие телекоммуникационного рынка России оказывает деятельность негосударственных организаций, а также зарубежных фирм. Так, итальянская фирма "Италтел" активно занимается телефонизацией в Сибири, шведская "Эрикссон" поставляет телефонные станции в регионы, германская "Сименс" модернизирует телефонную сеть Калуги.
В значительной мере усилиями негосударственных организаций удалось развернуть более десятка сетей передачи данных, использующих различные первичные сети (спутниковые, проводные, радиорелейные каналы связи). К числу наиболее крупных из них следует отнести такие сети, как Спринт, Инфотел, Роснет, Роспак, Релком и др. В стадии проработки находится проект Деловой сети России. Большинство из используемых сетей являются сетями чисто коммерческого плана, предоставляющими информационные услуги за достаточно высокую плату. Наиболее популярной сетью, предоставляющей свои услуги за умеренную плату, является сеть Релком.
Развитие систем связи и телекоммуникаций России идет с привлечением передовых западных телекоммуникационных технологий. Наряду с этим, активно используются отечественные разработки, ставшие доступными в результате конверсии и в большей степени учитывающие специфику России.
В последнее время создание РИТКС в регионах стимулируется начавшимся процессом информатизации - построением информационных систем различного целевого назначения. Характерной чертой этого процесса является активное участие в нем администраций регионов и, в основном, финансирование за счет региональных бюджетов.
Резкое сокращение финансирования науки и предприятий военно-промышленного комплекса, а также практическое снятие барьеров на продажу западных аппаратно-программных средств привело к тому, что, во-первых, практически прекращены работы по созданию отечественных средств телекоммуникаций и, во-вторых, многие региональные и корпоративные сети создаются с использованием западных технологий. Это ведет к тому, что появляется серьезная зависимость России от Запада в такой стратегически важной отрасли как связь.
В институтах Отделения информатики и вычислительной техники РАН (ОИВТА РАН) проводится ряд фундаментальных и прикладных работ по исследованию и разработке идеологии построения крупномасштабных информационно-телекоммуникационных сетей и составляющих их элементов. Для координации научных исследований и участия в прикладных разработках в ОИВТА РАН создана рабочая группа под руководством академика С. В. Емельянова. Уже выполненные работы позволяют надеяться на то, что даже в условиях сверхтрудного существования академических институтов будут получены результаты, сравнимые по определенным Параметрам с существующими зарубежными образцами.
Данный доклад был подготовлен автором для II международного конгресса ЮНЕСКО "Образование и информатика", проходившего в Москве в июле 1996 г.
Мизин И.А. - член-корреспондент РАН, доктор технических наук
© Информационное общество, 1996, вып. 5, с. 3-22.