Сети Нового Поколения

Появление сегментов сетей NGN , построенных на принципах пакетной передачи данных, потребовало изменения концепции системы управления. Как было показано выше, к моменту появления сетей NGN система управления уже включала три подсистемы: управления, сигнализации и предоставления услуг. Построение гибридных сетей из сегментов NGN и сегментов традиционных сетей привело к росту требований к системе управления. Качественный рост перечня услуг, вызванный переходом к NGN , повысив требования к функциональности системы управления. Можно указать следующие особенности этого этапа:

• 
  

  
  в отличие от традиционных сетей, набор базовых услуг которых был ограничен традиционной телефонией, в сегментах NGN набор базовых услуг включает в себя передачу речи, видео и данных;

• возникла необходимость сквозной трансляции сигнальных сообщений между традиционной сетью и сегментами NGN ;
• объективное увеличение номенклатуры технических решений, протоколов, принципов организации связи, обусловленное фактором демократичности концепции NGN .

В результате возникло решение, которое позволяет объединить традиционные телефонные сети и сегменты NGN IP -сети на всех трех уровнях управления (рис. 5.10). Как показано на рисунке, па уровне передачи трафика ТфОП объединяется с сегментами NGN через медиа-шлюз MG ( Media Gateway ). Сигнальные системы сетей NGN и ТфОП объединяются через сигнальный шлюз SG ( Signaling Gateway ). Платформа предоставления услуг, взаимодействующая с традиционной сетью по протоколу ШАР, подключается к системе управления гибридной сетью по протоколу LDAP . Поскольку в новой архитектуре системы управления используется несколько новых устройств — шлюзов, потребовалось установить отдельное устройство для координации их работы. Такое устройство получило название контроллера медиашлюзов MGC ( Media Gateway Controller ).

Концепция IN имела альтернативу - системы компьютерной телефонии. В качестве устройства компьютерной телефонии может быть использован обычный компьютер с платой фирмы Dialogic или других фирм-производителей, которая обеспечивает преобразование сигнальных сообщений из сети ОКС №7 (рис. 5.9). Устройства компьютерной телефонии работают на протоколах IN , по, например, могут не использовать протоколы IN АР. В последнем случае можно реализовать концепцию IN , но лишь в отдельном регионе, например в одном городе. Первые примеры услуг телеголосования, первые

карточные платформы, аналог «услуги 800» LogicLine и другие услуги были сначала реализованы па платформах компьютерной телефонии, а уже затем появились большие IN АР-платформы. С точки зрения перманентной декомпозиции появление устройств компьютерной телефонии имеет особенное значение. Здесь явно прослеживается декомпозиция на уровне оборудования разных производителей. Производитель IN -решений может быть не зависим ни от поставщика оборудования для систем сигнализации, ни от поставщика коммутационных станций. Этот факт можно рассматривать, с одной стороны, как появление новых надстроек (в частности, IN ) над телефонной сетью, и с другой как первое проявление новой демократичной тенденции, когда рынок систем связи распадается на сегменты: отдельно решения для системы связи, отдельно - - для сети сигнализации и отдельно — платформы для предоставления услуг. В каждом из сегментов существует конкуренция и альтернативные решения.

Следующим шагом по пути декомпозиции решений в области управления сетями стало появление концепции интеллектуальных сетей IN ( Intelligent Network ). Эта концепция развивалась внутри ОКС №7. В стек протоколов сигнализации (см. рис. 5.1) была добавлена подсистема управления услугами интеллектуальной сети IN АР ( IN Application Part ). Для нашего исследования большую ценность имеет появление новых методов предоставления услуг, которое принесли с собой решения IN . Основным вопросом, который решался в IN , стал вопрос об эффективности наращивания спецификации дополнительных услуг, или дополнительных видов обслуживания (ДВО). В отличие от базовых услуг традиционной телефонной сети (телефония, АОН и пр.), дополнительные услуги постоянно расширяются. За последнее десятилетие многие из таких услуг получили широкое распространение (вызов третьего абонента, телеголосование, конференц-связь, код 800 и пр.). В результате операторы столкнулись с интересной проблемой. Если ДВО предоставляются на каждой АТС отдельно (рис. 5.7,а), то в составе АТС должен быть предусмотрен контроллер ДВО. Введение новой услуги требует перепрограммирования этого контроллера. По в таком случае системное введение новой спецификации услуг ДВО требует программирования сразу всех АТС.

В концепции IN предложено решить проблему внедрения ДВО как отдельной подсистемы. Любого абонента, желающего получить ДВО. станция коммутирует по системе сигнализации на единый для всей сети

контроллер ДВО, связанный с БД услуг (рис. 5.7.б). Здесь сигнальные сообщения от абонента принимаются, анализируются и предоставляется услуга. При внедрение IN требуется лишь один раз перепрограммировать АТС, указав направление коммутации АТС при обращении к контроллеру ДБО. Теперь изменение набора ДВО происходит обычной заменой программного обеспечения этого контроллера. Тем самым существенно уменьшаются расходы на системное внедрение новых услуг и увеличивается оперативность внедрения. Концепция IN изменила структуру сигнального обмена в сети сигнализации ОКС №7 (ср. с рис. 5.5). Пункты предоставления услуг в сети ОКС №7 получили название SCP . Теперь для предоставления новой услуги между абонентами А и В сигнальный трафик пропускается через SCP , где и предоставляются услуги (рис. 5.8). Переход от традиционных концепций предоставления услуг к концепции IN стал следующим шагом но пути декомпозиции решений управления сетями. Теперь разделение прошло по линии сеть услуги. Концепция IN выделила услуги и процедуру их предоставления в отдельную подсистему.

Переход от традиционного дерева протоколов сигнализации, представленного на рис. 5.2, к концепции ОКС №7 стал первым шагом по пути перманентной декомпозиции решений в части управления системами связи. Следует отметить, что этот шаг был сделан задолго до появления концепции NCN , так что в концепции NGN не было предложено чего-то совершенно революционного, скорее решения уровня управления развивают уже сложившуюся десятилетиями традицию. Важным шагом в развитии системы сигнализации ОКС №7 стала декомпозиция этой системы и телефонной сети. Ключевым в концепции ОКС №7 стало создание отдельной сети сигнализации, которая накладывается на сеть связи (рис. 5.4). В результате традиционное понимание сигнализации как обмена данными между двумя АТС при обслуживании соединения отошло в прошлое. Сеть сигнализации первоначально создавалась па основе ресурса канальных интервалов TS 16. Развитие концепции ОКС №7 привело к тому, что сеть сигнализации вообще отделилась от телефонной сети. В новых версиях протокола ОКС №7 для передачи сигнальных сообщений могут использоваться любые канальные интервалы. При необходимости оператор может объединить сигнализацию в отдельный поток Е1, а все остальные потоки использовать только под передачу голосового трафика.

Поскольку эра NGN окончательно пока не наступила и большая часть отечественных операторов владеет и управляет традиционными телефонными сетями, целесообразно за отправную точку исторического анализа технических решений в области управления взять ТфОП. Современная цифровая телефонная сеть состоит практически из однородных элементов - - АТС различной емкости и функциональности. Если говорить о спецификации услуг, то они ограничены традиционной телефонией плюс дополнительные услуги, которые можно реализовать с использованием программного обеспечения цифровых АТС. Основным инструментом управления традиционной телефонией являются каналы сигнализации, по которым передается информация о состоянии вызовов. В ТфОП используются несколько семейств протоколов сигнализации (рис. 5.2). Исторически к первому семейству протоколов относят протоколы сигнализации, связанные с телефонными каналами CAS ( Channel Associated Signaling ) и ориентированные на использование цикловой структуры ИКМ-30 потока Е1. В состав любого протокола сигнализации С AS входят две подсистемы сигнализации: линейная и регистровая. По линейной сигнализации передаются команды занятия, вызова, отбоя и пр. в виде битов ABCD в составе канального интервала TS 16 в сверхцикле

ИКМ-30. В регистровой сигнализации передаются данные о набираемых номерах, номере АОН, кодах дополнительных услуг и пр. Для этой цели используются модуляции DTMF или MF «2 из 6», в том числе и наиболее распространенная сигнализация «импульсный челнок». Данные передаются непосредственно в разговорном канале. Именно поэтому весь сигнальный обмен оказывается связанным с определенным разговорным каналом, что и дало название сигнализации CAS . К наиболее известным протоколам С AS можно отнести протоколы 1ВСК. 2ВСК ( R 1,5), различные модификации MFC - R .2, DE & M , 600/750 Гц и пр. Сигнализация CAS обеспечивала достаточные возможности управления услугами традиционной телефонии. Но изначально она ориентировалась на аналоговые АТС. С появлением цифровых АТС появилась возможность построить систему сигнализации на новых принципах. Условно любую цифровую АТС можно представить в виде совокупности коммутационного поля («фабрики каналов») и управляющего процессора («мозга»). Поскольку цифровые АТС взаимодействуют по правилам компьютерного обмена, оказалось целесообразным не использовать многоуровневый алгоритм протоколов семейства С AS , а связать управляющие процессоры друг с другом напрямую. Следуя исторической преемственности, решено было использовать для связи ресурс канального интервала TS 15. Управляющие процессоры подключались к модему па скорости 4800 бит/с и обменивались линейной и регистровой информацией. Так появилась система сигнализации № 6 (рис. 5.3) первый вариант семейства сигнализации по выделенному каналу CCS ( Common Channel Signaling ). Исследования потенциала системы сигнализации № 6 показали, что ресурса в 4800 кбит/с вполне достаточно, чтобы обслуживать до 60 соединений, тогда как в канале Е1 было активно только 30, т.е. система сигнализации имела существенный запас ресурса. Дальнейшее развитие концепции CCS пошло по пути упрощения схемы обмена, показанного на рис. 5.3. В процессе развития сетей IDN , когда телефонная сеть стала строиться на цифровых системах передачи и цифровых коммутационных узлах, оказалось логичным отказаться от модемной связи и использовать весь ресурс потока TS 16, т.е. все 64 кбит/с. Как было указано выше, ресурс сигнализации для обслуживания услуг телефонной сети оказался явно избыточным. Этот ресурс можно было использовать двояко. Можно было передавать по каналу сигнализации дополнительную информацию о новых услугах, существенно расширяя их номенклатуру. Такой путь привел к появлению целого семейства протоколов ISDN ( EDSS 1, NT -1, N1-2, DPNSS , DASS 2, CorNet - N , CorNet - T , 1 TR 6, TN 1 R 6, Qsig и пр.). Широкая номенклатура услуг оказалась востребованной в первую очередь сектором корпоративных сетей, где используется немного телефонных линий, но требования к количеству услуг высоки. Второй способ использования ресурса системы сигнализации - передача сигналов управления для большого количества коммутационных узлов. Это привело к появлению совершенно новой концепции системы сигнализации, получившей название общеканальной сигнализации №7 или ОКС №7.

Уровень управления, обозначенный в модели SCTA буквой «С» (см. рис. 3.1). занимает в современной концепции NGN уникальное положение. Под ним в модели SCTA находится уровень транспортных сетей, где сосредоточены ресурсы сети и обслуживается весь трафик, над ним — уровень услуг. Таким образом, решения уровня «С» одновременно связаны с вопросами управления процессами обслуживания трафика и предоставления современных услуг связи. Можно отметить, что такое положение обязывает относиться к решениям этого класса чрезвычайно серьезно и рассматривать их как одну из важнейших составляющих всех сетей NGN . Кстати, такая важная роль рассматриваемых в этой главе решений связана с радикальной и не совсем корректной позицией некоторых специалистов, которые вообще ставят знак равенства между решениями данного типа и концепцией NGN . Как следует из названия «уровень управления», данная группа решений представляет собой ядро управления всеми процессами в современных системах NGN . Исследование решений уровня управления представляет собой нелегкую задачу, поскольку многие решения в техническом мире являются новыми и у исследователя нет опоры па историю их развития. Нельзя сказать, что решения уровня управления возникли внезапно, до этого развитие традиционных систем связи имело ряд технических решений, которые мигрировали в решения уровня управления. Но только па этапе перехода систем связи к концепции NGN решения данного уровня обособились в отдельный класс, который должен рассматриваться отдельно. Как будет показано ниже, для решений уровня управления существует особые принципы построения и концепции, которые отличают их от решений других уровней NGN . В этой главе будут рассмотрены решения уровня управления и основные технологические тенденции. Как и решения других уровней, данный класс решений представляет собой отдельный многообразный и демократичный мир. поэтому целью нашего обзора станет исследование общих тенденций и законов, которые действуют на этом уровне NGN . На развитие решений уровня управления оказывают воздействие принципы NGN , сформулированные в главе 2, это:

• демократичность и поливариантность решений:
• релятивизм;
• конвергенция;
• использование адаптационных механизмов;
• многоуровневая архитектура решений;
• раздельное и совместное использования ресурсов NGN ;
• многопараметричность.

Кроме того, решения уровня управления отличаются от решений других уровней модели SCTA особой логикой. Выше в главах 3 и 4 мы наблюдали нечто похожее на уровнях доступа и транспорта. В первом случае закономерности развития сетей доступа определялись неизбежностью применения существующих абонентских линий и технологий, во втором случае — особенностью транспортных сетей как каркаса современной системы с явлением внутренней конвергенции, при этом лейтмотивом исследования сетей выступал образ «биомассы-облака». Как уже говорилось, в теории управления существуют два метода построения сетей: системы управления централизованного и распределенного типов. Обычно первые решения используют в сетях, решающих относительно простые задачи. По мере усложнения сетей системы управления последовательно эволюционируют от централизованного к распределенному типу. Именно такая тенденция существует в эволю-ции решений уровня управления. Последовательный переход от централизованных решений к распределенным получил название принципа декомпозиции, который играет существенную роль в развитии решений уровня управления. Впервые принцип декомпозиции был представлен в примере 2.4 как отражение демократичности NGN в целом. Вместе с тем декомпозиция оказывается слишком важным принципом развития NGN , чтобы рассматривать се только как иллюстрацию демократичных тенденций. Как уже отмечалось, декомпозиция связана с демократичностью NGN , равно как и с адаптивностью, многопараметричностью и пр. Принцип декомпозиции заключается в последовательном разделении задач управления между различными устройствами и подсистемами. Сейчас практически во всех устройствах NGN присутствует микроконтроллеры, функциональные возможности которых постоянно растут, следовательно, сложность управления системой NGN пропорционально увеличивается. Чтобы справиться с растущим объемом задач управления, функции управления должны размещаться внутри каждого микроконтроллера, выполняющего часть задач управления, относящуюся к данному устройству управления. Так происходит пер

Наличие адресов отправителя и получателя является необходимым условием для корректной доставки пакетов по транспортной сети. Но для этого необходимо определить правила использования адресной информации для оптимального выбора маршрута передачи дейтаграмм по транспортной сети. Решение вопроса маршрутизации трафика является ключевым, поскольку основными функциями транспортного уровня модели SCTA являются обработка трафика, собранного па уровне сетей доступа, и его распределение по сети NGN . При разработке принципов маршрутизации трафика в транспортных сетях NGN во всей полноте проявился принцип демократичности NGN . Большая часть алгоритмов, протоколов и принципов маршрутизации трафика пришла из технологии Интернета, что и определило многообразие решений в этой области. Б системам маршрутизации формируются адресные поля (таблицы), которые указывают направление маршрутизации. Как было показано выше, в современных транспортных сетях используется принцип многоуровневой адресации (на уровне MAC и на уровне IP ). Б то же время адресация па уровне IP оказывается поливариантной, в настоящее время используется формат адреса IPv4, но постепенно будет происходить переход к IPv 6- Таким образом, формирование технических решений в части маршрутизации представляет собой сложный процесс, в котором участвуют поливариантные алгоритмы маршрутизации, разнообразные протоколы маршрутизации и несколько вариантов стандартов адресации. В таком поливариантном пространстве технических решений ярко проявляются основные принципы NGN : демократичность, поливариантность и конвергенция. Ниже будут рассмотрены основные алгоритмы маршрутизации и протоколы маршрутизации, используемые в современных транспортных сетях. В настоящее время существует несколько алгоритмов маршрутизации. Они могут быть статическими и динамическими, ориентированными и не ориентированными на установление соединения, широковещательными и индивидуальными — и все они в той или иной степени присутствуют в современной технологии транспортных сетей NGN . Статический алгоритм маршрутизации представляет собой наиболее простой алгоритм, когда направления маршрутизации зафиксированы по группам адресов. По сути такая схема маршрутизации может в равной степени использоваться в сетях с коммутацией пакетов и сетях с коммутацией каналов, так что в теории и практике связи принципы статической маршрутизации хорошо изучены и используются не одно десятилетие. Как было сказано выше, в транспортной сети па основе дейтаграммной передачи данных имеется возможность выбирать маршрут передачи каждой дейтаграммы индивидуально. При этом можно использовать принцип динамической маршрутизации, изменяя направления маршрутизации трафика во времени. Один из возможных вариантов динамической маршрутизации — это изменение плана маршрутизации в соответствии с новыми данными о состоянии сети, которые получают маршрутизаторы. В таком случае возникают адаптивные алгоритмы маршрутизации. Динамические и особенно адаптивные алгоритмы маршрутизации представляют наибольший интерес в современной теории построения транспортных сетей, поскольку они обеспечивают наибольшую устойчивость работы сети и наилучшие показатели эффективности использования ее ресурсов. В целом уместна аналогия между различными формами пассажиропотока и современными методами построения систем маршрутизации. Принципы маршрутизации с использованием виртуальных каналов можно сравнить с вариантом перевозки людей в современные города из области на электричках. Электричка представляет собой контейнер определенного размера (количество пассажиров), который перевозит полезную нагрузку по фиксированному маршруту. Дейтаграммный принцип маршрутизации подразумевает, что люди из области в город перемещаются в собственных автомобилях. Каждый водитель индивидуально выбирает маршрут в соответствии со своим опытом и текущей информацией о пробках на дорогах. Кстати, такая аналогия показывает, что с точки зрения цели поездки различие между двумя вариантами маршрутизации не существует, поскольку в конце концов пассажиры электричек и автолюбители собираются вместе в одних и те же офисах. Но данная аналогия хорошо демонстрирует, что для дейтаграмм-ных сетей целесообразно использовать именно динамические алгоритмы маршрутизации трафика. Большинство алгоритмов динамической маршрутизации можно свести к следующим основным группам:

• алгоритмы заливки;
• маршрутизаци

  
  я на основе вектора расстояния;

• маршрутизация на основе оценки состояния капала (выбор на основе кратчайшего пути), при которой воссоздастся точная топология всей сети;
• иерархическая маршрутизация;
• широковещательная маршрутизация;
• гибридный подход, объединяющий вышеуказанные алгоритмы.

Наиболее простой алгоритм динамической маршрутизации - это алгоритм заливки. В соответствии с этим алгоритмом маршрутизатор пересылает принятый пакет по всем направлениям связи. В результате вся сеть наполняется дубликатами передаваемого пакета. В пакете устанавливается определенное значение параметра времени жизни TTL (см. рис. 4.21). которое уменьшается на единицу на каждом пункте транзита. В качестве иллюстрации работы такого алгоритма па рис. 4.25

представлена схема передачи данных от узла А до узла К. Как следует из рисунка, кратчайшим является маршрут А - F — I — К. Все остальные маршруты оказываются длиннее этого и для передаваемого пакета являются тупиковыми. При установке параметра TTL = 3 только по маршруту А — F - I - К будут переданы данные, по всем остальным направлениям пакеты будут уничтожены, как только значение параметра TTL станет равным 0. Алгоритм заливки представляет собой очень простой и в то же время абсолютно надежный алгоритм передачи данных по пакетной сети. Даже в случае существенного повреждения сети связь по такому алгоритму оказывается возможной, если сохраняется хотя бы один действующий маршрут, соединяющий две точки сети. По этой причине этот алгоритм до сих пор используется в специализированных сетях и сетях военного назначения. Очевидным недостатком алгоритма заливки является низкая эффективность использования ресурсов сети, поскольку все каналы сети загружены дубликатами. По этой причине едва ли уместно использование алгоритма заливки в разветвленных сетях. В теории пакетных сетей связи существуют различные методы оптимизации алгоритма заливки, которые образуют семейство алгоритмов выборочной заливки. Как правило, все они использует различные методы, позволяющие дублировать пакеты не по всем, а только по определенным направлениям. Это повышает эффективность использования ресурсов, но не решает проблему КПД алгоритма. В современных транспортных сетях большее распространение получили алгоритмы маршрутизации по вектору расстояний и с учетом состояния канала связи. Алгоритмы маршрутизации па основе вектора расстояния (алгоритмы Беллмана-Форда) основаны на использовании таблиц маршрутизации, где устанавливается приоритетность передани данных по направлениям. Алгоритм предусматривают периодическую передачу копий таблиц маршрутизации от одного маршрутизатора другому. Такие передачи позволяют актуализировать изменения в топологии сети. Каждый маршрутизатор получаст информацию от соседнего маршрутизатора. При изменении информации в таблицу маршрутизации добавляется вектор расстояния (например, число транзитов), и далее информация передается следующему маршрутизатору. В данных алгоритмах каждый маршрутизатор начинает с идентификации или исследования состояния своих соседей. Расстояние до маршрутизатора непосредственно подключенной сети равно 0. Продолжая процесс исследования векторов расстояния в сети, маршрутизаторы обнаруживают наилучший путь до пункта назначения на основе информации от всех соседей. Каждая запись в таблице маршрутизации содержит кумулятивное значение векторов расстояния, показывающее насколько далеко данная сеть находится в этом направлении. При изменении топологии сети, использующей протокол на основе вектора расстояния, таблицы маршрутизации должны быть обновлены, а маршрутизаторам необходимо отослать свою таблицу маршрутизации каждому непосредственному соседу. Алгоритмы маршрутизации па основе вектора расстояний хорошо зарекомендовали себя во времена развертывания однородных сетей типа ARPANET , когда соединения между маршрутизаторами были одинаковыми (например, в сети ARPANET все соединения имели одинаковую пропускную способность — 56 кбит/с). Развитие технологии транспортных сетей потребовало внести в алгоритмы маршрутизации фактор дифференцирования направлений по параметрам качества соединений. Например, если в сети присутствуют соединения разной пропускной способности, то наивысший приоритет должен отдаваться каналу с более широкой полосой передачи и т.д. В результате появились алгоритмы маршрутизации с учетом состояния канала связи. В основе таких алгоритмов лежит понятие обобщенной стоимости канала связи. В зависимости от задач маршрутизации в качестве обобщенной стоимости могут выступать различные параметры: время задержки передачи данных, пропускная способность канала, вероятность потери пакета, данные о топологии, любые другие параметры и их комбинации. Минимальная стоимость направления, характерная для первого кратчайшего пути ( Shortest Path First , SPF ), определяет наивысший приоритет для маршрутизации пакетов.

Одной из основ правильной работы транспортной сети является маршрутизация, которая, в свою очередь, невозможна без правильно построенной системы адресации. В технологии дейтаграммной маршрутизации адресная информация тем более оказывается ценной, поскольку дейтаграммы передаются по индивидуальным маршрутам и, следовательно, в заголовке каждой дейтаграммы должна содержаться одна и та же адресная информация. В технологии современных транспортных сетей используются два уровня адресации: на канальном уровне адресация передается в кадрах Ethernet и называется адресацией уровня MAC (см. рис. 1.22); на сетевом уровне адресация передается в дейтаграммах IP (см. рис. 4.21). Уровень MAC . Адресное поле уровня MAC используется на канальном уровне для согласования работы оконечных устройств и подключения порта приемника к порту передатчика. С точки зрения функционирования транспортной сети как единого целого уровень адресации MAC имеет локальное значение. Кадры Ethernet , в которых передается в настоящее время более 90% трафика, содержат в себе информацию о портах источника и приемника, которая передается в виде МАС-адресов. Если между двумя портами возникает нарушение на уровне MAC -адресов, то соответствующие кадры уничтожаются. С этим нюансом технологии, в частности, связан тот факт, что тестовые шлейфы, привычные для эксплуатации систем передачи, в транспортных сетях NGN оказываются трудно реализуемыми. Для установления шлейфа нельзя только установить физическую перемычку с канала передачи на канал приема, поскольку одинаковые МАС-адреса в этом случае не позволят передать данные. Для правильной установки шлейфа необходимо использовать разные порты и программировать соответствующим образом адреса. Проходя через коммутатор Ethernet , кадр претерпевает изменения, его МАС-адресация полностью изменяется в соответствии с новыми данными о МАС-адресах нового направления.

Уровень IP . Адрес IP представляет собой очень важный элемент системы маршрутизации в транспортной сети. Очень часто рассмотрение IP -адресации делается в контексте исследования принципов работы Интернет поскольку все устройства современных сетей связи, вне зависимости от уровня принадлежности, имеют свои адреса IP . Все адреса IP имеют размер 32 бита, что создает адресное пространство, образующее более 4 млрд свободных адресов. Этого не хватает на всех жите-лей планеты, поэтому в настоящее время стандарт IPv4, использующий формат дейтаграммы рис. 4.21, пересматривается в пользу нового стандарта IPv6, который рассмотрен ниже. Поскольку размер адреса составляет 4 байта, исторически было принято отображать его в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками, по одному числу на каждый байт. Например, шестнадцатиричный адрес С0290614 записывается как 192.41.6.20. Все IP -адреса традиционно делятся на несколько классов: класс А, начинающийся с 0; класс В, начинающийся с 10; класс С, начинающийся с 110; класс D , начинающийся с 1110 и используемый для широковещательных рассылок данных; класс Е, начинающийся с 11110 и зарезервированный под будущие задачи использования сетей. Для каждого класса предусмотрена своя структура адресного поля, которая может быть найдена в [7] (рис. 4.23). Как следует из рисунка, для трех основных классов адресов, определяющих местоположение компьютера (хоста) в сети, адрес состоит из адреса сети и адреса хоста в сети. Таким образом создается двухуровневая адресация пользователей в транспортной сети. Различие IPv4 и IPv6. Использование нескольких классов адресов в формате IPv4 привело к тому, что общее количество возможных адресов в сети связи стало даже меньше максимально возможных 4 млрд. Но и в случае 4 млрд адресное поле IPv4 оказывается недостаточным для будущего развития технологии NGN . Революционная доктрина NGN

подразумевает изменение самих принципов связи. Вместо традиционных связей «человек-неловок» предусматривается связи «компьютер-компьютер». Как было показано в гл. 1 и 2, это приводит к ситуации, когда абонентами сети становятся не только люди, но и информационные ресурсы. Как следствие, еще в начале 90-х годов стало понятно, что адресного пространства IPv4 окажется недостаточно для обеспечения всех жителей планеты и новых информационных ресурсов соответствующими адресами. Решение было найдено в виде нового формата дейтаграммы IP , получившего название IPv6. Различия между форматом данных IPv4 и IPv6 представлены на рис. 4.24. Основные отличия нового протокола состоят в следующем:

• увеличился размер адресного поля до 16 байтов;
• упростился формат дейтаграммы;
• уменьшился размер таблиц маршрутизации и ускорилась обработка дейтаграмм новым поколением маршрутизаторов IP ;
• улучшены функции защиты данных, в протокол внесены функции аутентификации и шифрования;
• введены функции контроля качества услуг и контроля класса услуг, особенно критичные для трафика реального времени;
• упрощена работы вещательных и многоадресных рассылок данных;
• предусмотрена возможность изменения положения компьютера в сети без изменения его адреса (функции роуминга абонентов в пределах сети).

Процесс перехода от IPv4 к IPv6 оказался сложным и растянутым во времени. Архитектура протокола IPv6 подразумевала возможность сосуществования двух версий протокола в единой транспортной сети в течении долгого времени, что дало повод консерваторам не стремиться к быстрому внедрению IPv6. Некоторые оптимистичные прогнозы предсказывают переход па IPv6 за одно-два десятилетия, тогда как пессимистичные аналитики говорят, что этого не произойдет никогда. В то же время количество доступных адресов современного Интернет на основе IPv4 неуклонно сокращается, так что рано или поздно возникнет необходимость перехода к IPv6. К скорому переходу к IPv6 ведет и новая концепция перехода к ГИО, предложенная совсем недавно производителями компьютеров и бытовой электроники. В повой доктрине NGN предусматривается переход к от связей «компьютер-компьютер» к связям «процессор-процессор». В таком случае в мировую сеть будут подключена вся бытовая электроника современного дома. Вне зависимости от успеха новой доктрины «поющих кофемолок» в настоящее время именно эта доктрина предусматривает быстрый процесс занятия всех свободных IP -адресов и является главным стимулом к переходу к IPv6. Так что есть все основания ожидать скорой победы этого формата адресных полей.

Для различных технологий, использующих в качестве среды передачи IP . характерна определенная концепция заголовков, котора51 оказывается единой практически для всех сегментов современной структуры транспортных сетей. Суть этой концепции заключается в том, что информация между разными уровнями протоколов на основе IP передастся в заголовках дейтаграммы, причем имеет место принцип вложенных заголовков. Эта концепция заголовков не ограничивается только уровнем IP и выше, по распространяется также на уровень ниже, проявляясь в кадровой структуре Ethernet . В качестве иллюстрации на рис. 4.22 показано, каким образом осуществляется принцип вложенности заголовков для распространенных протоколов на основе Ethernet и IP . Назначение протоколов состоит в следующем:

• технология виртуальных локальных сетей VLAN позволяет создавать имитацию работы пользователя в офисной локальной сети даже при условии, что он подключен к глобальной сети;
• протокол РРР используется для передачи данных между двумя пунктами связи, формируя виртуальный коридор-
• технология MPLS позволяет эффективно маршрутизировать трафик в транспортной сети и одновременно следить за политикой обеспечения параметров качества;
• технология TCP позволяет передавать данные в режиме «пользователь-пользователь» на уровне 4 модели OSI.

На первый взгляд представленная система вложенности заголовков противоречива, поскольку часто заголовки добавляются к структуре кадра справа, а иногда слева. В случае прямой вложенности кадров их заголовки добавляются справа. Например, если кадры Ethernet являются транспортом уровня 2 для IP -дейтаграмм уровня 3, то заголовок Ethernet будет находиться слева, а заголовок IP справа. Прямая вложенность связана с объективным разделением технологий по уровням модели OSI . Согласно этой модели кадры Ethernet уровня 2 являются транспортом для пакетов уровня 3 IP , а те в свою очередь являются транспортом для кадров TCP . Существует и обратная вложенность, когда для транспортировки данных используется дополнительный транспортный механизм. Например, кадры Ethernet стандартно переносят трафик IP . но для обеспече

ния более высоких показателей качества может использоваться дополнительный механизм MPLS , Б таком случае кадры MPLS выступают в роли контейнеров для передачи пакетов IP . Соответственно, структура нагрузки кадра Ethernet будет меняться: вместо пакета IP в качестве нагрузки будут загружены кадры MPLS , которые будут транспортом для пакетов IP . Но в таком случае заголовок MPLS появится между заголовком Ethernet и заголовком IP . несмотря на то, что структурно технология MPLS является надстройкой над уровнем IP . Формальная техническая логика прямой и обратной вложенности заголовков не до конца может объяснить порядок следования заголовков в случае полной их реализации. Скорее всего, порядок следования заголовков, представленный на рис. 4.22 внизу, в составе дейтаграммы можно объяснить историческими особенностями появления тех или иных технических решений. Демократичность технологии транспортных сетей N GN предусматривает поливариантность реализации различных схем и соответств e ующих форматов данных. В этом смысле общая схема заголовков на рис. 4.22 внизу представляет собой максимально возможный заголовок, тогда как на практике могут быть реализованы различные варианты передачи данных и соответствующие им структуры кадров. Например, в отсутствии технологии VLAN в транспортной сети соответствующий заголовок не используется и т.д.

Как следует из многослойной архитектуры современных транспортных сетей, представленной на рис. 4.2, унификация технологий происходит на уровне пакетной коммутации IP , который находится выше уровня опорных сетей и занимает в соответствии с моделью OSI уровни 2 и 3. Следует отметить, что современная динамика развития технологий транспортных сетей вносит коррективы в выбор технологии единого транспорта. Все чаще роль единого транспорта отводится технологии Ethernet , поскольку в настоящее время более 90 % трафика от сетей доступа пакетизировано в виде кадров Ethernet , Тем не менее, говорить о том. что технология Ethernet в настоящее время является единым транспортом, нельзя по двум причинам:

• существуют сегменты современных транспортных сетей, в которых нет технологии Ethernet , поэтому эта технология пока не полностью проникла в транспортную сеть;
• технология Ethernet представляет собой в большей степени концепцию, в которой объединены довольно разнородные технологические элементы ( Ethernet разного типа, Gigabit Ethernet , 10 GE и пр.), так что говорить о единых стандартах и принципах построения системы невозможно.

Как показано на рис. 4.2, технология Ethernet находится уровнем ниже технологии IP , так что изменение концепции единого транспорта с технологии IP на технологию Ethernet не противоречит идее внутренней конвергенции транспортных сетей, сформулированной в разд. 3.3.4. Если в будущем технология Ethernet займет место технологии IP как стандарта единого транспорта, то этот шаг будет также развитием современной концепции IP , поскольку в таком случае можно будет говорить о стандарте единого транспорта « Ethernet поверх ГР». Так что несмотря на широкое распространение технологии и стандартов Ethernet , на роль единого стандарта транспортного уровня претендует IP . В этом разделе мы рассмотрим основы технологии IP и принципы функционирования унифицированной транспортной сети. Поскольку технология IP занимает пограничное положение и фактически объединяет различные технологии уровня опорных сетей в единую «би -массу» транспортной сети, рассмотрение технологии IP целесообразно сделать более глубоким. В основе технологии IP лежит принцип использования дейтагра^гм для передачи информации. Дейтаграммный метод отличается от принципов передачи с использованием виртуального канала, которые долггг время доминировали в системах связи. Отличие двух методов передачи было рассмотрено в примере 2.7 разд. 2.3.3; где было показано чщ победа дейтаграммного принципа маршрутизации трафика является отражением принципа децентрализации в общей философии NGN .

Формат дейтаграммы IP (рис. 4.21) имеет ключевое значение, п -скольку эта структура обеспечивает унифицированную передачу данных по транспортной сети NGN . Дейтаграмма состоит из заголовка и поля данных. Особенность дейтаграммного алгоритма маршрутизации данных требует относительно большой длины заголовка дейтаграммы. Л -коничность протоколов маршрутизации, связанных с виртуальным налом, в данном случае оказывается недостижимой, поскольку каждая дейтаграмма должна содержа всю необходимую информацию цл ее передачи по сети. Заголовок дейтаграммы состой | из нескольких полей (рис. 4.21). Поле Версия содержит информацию о версии протокола, что позволяет использовать разные верейш протокола IP на разных узлах или участках сети. Поле IHL содержит информацию о длине заголовка датаграммы, поскольку сам заголовок имеет переменную длину. В состав заголовка входит обязательная (15 байтов) и дополнительная (до 40 байтов) части. Поле Приоритет ( ToS ), называемое также полем типа услуги, определяет приоритетность в обслуживании дейтаграммы. Исторически это поле содержало информацию о приоритетности, задержке, полосе передачи данных и надежности передачи. Но со временем поле потеряло свое значение, поскольку в современной технологии приоритетность задается другими методами. В результате некоторые маршрутизаторы вообще игнорируют это поле. Поле Общая длина дейтаграммы устанавливает размер дейтаграммы IP . Максимальный размер дейтаграммы составляет 65 535 байтов, по есть тенденция к пересмотру этого стандарта и переходу к более длинным пакетам. Поле Идентификация позволяет получателю определить, какой дейтаграмме принадлежат получаемые фрагменты данных Поле Сдвиг фрагмента используется во всех случаях передачи фраг-мсптированных данных, когда блок данных разделяется на фрагменты. Это ноле показывает положение принятого фрагмента в общем блоке данных. Поле Время жизни ( TTL ) используется для контроля процессов передачи данных в транспортной сети. TTL определяет максимально допустимое количество переприемов пакета в сети и уменьшается на единицу каждым маршрутизатором. Пакеты с TTL = 0 уничтожаются. Это позволяет избежать закольцовок трафика, когда пакеты блуждают в сети по кругу бесконечно при самых минимальных нарушениях в процессе маршрутизации. Поле Протокол связано с процессом, в котором используется дейтаграмма. Например, в качестве протокола могут быть установлены значения UDP , TCP и пр. Контрольная сумма заголовка используется для контроля возможных ошибок в заголовке. Адресные поля отправителя и получателя используются в процессе маршрутизации дейтаграммы по транспортной сети. Завершает заголовок поле Необязательная информация, которое может присутствовать или отсутствовать в разных дейтаграммах. В случае, если это поле не кратно 4 байтам, для симметричности заголовка заполняется Дополнительное поле ( PAD ). Таким образом, заголовок дейтаграммы представляет собой доволь-по сложную структуру, многие поля которой могут казаться избыточными. Но такова объективная плата за принцип децентрализации NGN и механизм дейтаграммной передачи данных, принятый в IP . Как будет показано ниже, принцип дейтаграммной маршрутизации оказывается для многих задач существенно эффективнее принципа виртуального канала.