Преимущества и перспективы единой глобальной сети

Новые, недавно появившиеся на сцене сервис-провайдеры заявляют: "Все, что вы знаете, — неверно". Однако время хоронить телефонную сеть еще не пришло.

Действительно глобальных сетей существует всего две — это телефонная сеть общего пользования и Internet. Обе перемещают цифровые потоки битов по всему миру по оптическим кабелям. В каждой сети потоки трафика передаются по общим физическим линиям от множества источников ко множеству адресатов. На самом деле нет никаких технических препятствий для того, чтобы один оптический кабель не мог поддерживать тысячи телефонных вызовов и тысячи TCP-соединений одновременно. На своей периферии обе сети опираются, как правило, на аналоговый трафик, причем значительная часть каналов доступа в Internet пролегает по абонентским линиям телефонной сети.

Однако во всех остальных отношениях две доминирующие глобальные сети отличаются друг от друга радикальным образом, из-за чего их конвергенция в некую гипотетическую сеть следующего поколения выглядит трудноразрешимой задачей. Кроме того, такая единая среда представляет собой настоящее минное поле для администраторов сетей.

Различия между телефонной сетью и Internet значительны, но и мелочи заслуживают внимания. В конце концов, если две эти гигантские сети будут объединены, что мы приобретем в результате?

Первое бросающееся в глаза различие состоит в том, что телефонная сеть — это прежде всего сеть передачи голоса, в то время как Internet — это главным образом сеть передачи данных (см. Рисунок). Обобщения обобщениями, но значительная часть ресурсов телефонной сети служит для передачи модемного трафика, т. е. данных. Кроме того, факсы можно также классифицировать как передачу данных. И, несмотря на то что голос поверх IP составляет лишь крошечную часть трафика Internet, с большой степенью вероятности его доля значительно возрастет в ближайшие несколько лет. При всей наглядности различий между голосом и данными они не объясняют реальную разницу между сетями.

АПОФЕОЗ ГЛУПЫХ СЕТЕЙ

Интересный взгляд на разницу между телефонной сетью и Internet изложен в статье бывшего инженера AT&T Дэвида Айзенберга "Хвала глупым сетям" ("The Rise of the Stupid Network", http://www.computertelephony.com/ct/att.html ), где он критикует "интеллектуальность" телефонных сетей и восхваляет "глупость" Internet.

Критикуемая Айзенбергом интеллектуальность телефонных сетей опирается на четыре традиционных аргумента телефонных компаний: компьютерные ресурсы скудны и дороги, голосовые службы первичны, коммутация каналов предпочтительнее коммутации пакетов, и телефонные приложения лучше контролировать средствами сети. Проблема с наделением сети интеллектом состоит в том, что она ограничивает возможные приложения, которые пользователи могли бы выполнять по сети, в частности, благодаря быстрому увеличению вычислительной мощности конечных точек.

Глупая сеть, стабильно развивающуюся форму которой представляет Internet, просто доставляет биты из одного места в другое. Интеллект заложен только в конечные точки сети, так что никакая мнимая интеллектуальная функция не способна помешать быстрейшей и наиболее эффективной доставке "голых" битов. Глупость характерна для всего стека протоколов. Кодированием же и декодированием речи и другой аналоговой информации занимаются конечные точки. Они отвечают и за обеспечение целостности данных. Информация о маршрутах распространяется по сети, но каждая точка маршрутизации обрабатывает каждый пакет по отдельности, так что маршрутизаторы не могут в действительности считаться интеллектуальными. Установление соединений и контроль за перегрузками осуществляются конечными точками. И, наконец, информация приложений перепоручается конечным точкам и не распространяется по сети.

Значительная часть полемики вокруг глупых сетей связана с различиями между коммутацией каналов и пакетов. В сетях с коммутацией каналов сквозное соединение должно быть установлено прежде, чем будут переданы какие-либо данные. После этого все данные проходят через одни и те же промежуточные узлы в заданном порядке. При отсутствии свободных путей избыточный трафик не допускается в сеть с помощью той или иной политики контроля доступа (знакомым всем признаком которой служит сигнал "занято").

Если быть более точным, эти различия имеют место между сетями с коммутацией пакетов и сетями передачи датаграмм, потому что такие сети с коммутацией пакетов, как frame relay, X.25 и ATM, базируются на виртуальных каналах (Virtual Circuit, VC), и, таким образом, промежуточные узлы в них должны поддерживать информацию о состоянии для каждого VC. Исходя из тех метрик интеллектуальности, которые мы применяем, поддержание информации о состоянии VC выводит эти коммутаторы из категории глупых.

Сети передачи датаграмм типа Internet обрабатывают пакеты по мере их поступления. Какой-либо предопределенный процесс обработки отсутствует. При наличии на конечных точках соответствующих возможностей типа TCP такие сети способны доставлять упорядоченные потоки данных с сохранением их целостности. Сети передачи датаграмм гибко реагируют на перегрузку, а не просто блокируют новое соединение, как поступают в таких случаях сети с коммутацией каналов. При отказе канала в сети передачи датаграмм маршрутизатор автоматически реагирует на изменения в сети и обычно находит альтернативный маршрут для передачи данных. В отличие от этого, в сети с коммутацией каналов при потере канала соединение должно устанавливаться заново.

Оставив на время вопрос глупости, мы рассмотрим сравнительные преимущества сетей с коммутацией каналов и сетей передачи датаграмм. Сети с коммутацией каналов имеют развитые возможности обеспечения предопределенного качества обслуживания. Требующие определенного QoS потоки данных типа голоса и видео более эффективно передаются по сетям с коммутацией каналов, нежели по сетям передачи датаграмм. Другими словами, голос и видео можно передавать и по сетям передачи датаграмм с любым требуемым QoS, но это потребует для обеспечения того же качества обслуживания большей пропускной способности, чем в сети с коммутацией каналов.

Для перемещения данных не в реальном масштабе времени сети передачи данных подходят как нельзя лучше. Поток данных не занимает канал на все время, которое ему требуется на пересечение сети, к тому же данные передаются без предварительной задержки на установление соединения. Вместо этого каждая датаграмма маршрутизируется индивидуально. Для сравнения телефонные сети с разделением по времени (Time Division Multiplexing, TDM) выделяют канал — 64 Кбит/с в случае голосового вызова — вдоль всего пути через сеть, причем эти ресурсы остаются блокированы даже в периоды молчания абонентов. По крайней мере для трафика не в реальном масштабе времени сети передачи датаграмм более эффективны с точки зрения совместного использования ресурсов, чем традиционные телефонные сети. Они способны доставлять данные без искажений — непременное требование для исполняемых файлов и большей части информационного наполнения. Приложения для голоса и данных могут, наоборот, пожертвовать точностью в пользу своевременности — в случае мультимедийных потоков при возникновении ошибки пакеты лучше, как правило, просто проигнорировать, чем передавать заново (см. врезку "Голос по всему, по чему только можно").

ДЕШЕВЫЕ УСЛУГИ ОТ НОВЫХ ПРОВАЙДЕРОВ

Новое поколение операторов межстанционной связи (Interexchange Carrier, IXC), таких, как Qwest Communications, Level 3 Communications и Williams Communications, безапелляционно утверждает, что услуги построенной с нуля сети IP обойдутся значительно дешевле, чем предоставляемые телефонной сетью. Джеймс Кроув, президент и исполнительный директор Level 3, заявляет, что звонки с коммутацией каналов обходятся в 27 раз дороже, чем звонки с передачей голоса по IP. Эти три компании использовали для создания своих оптических сетей нетрадиционные маршруты: Qwest и Level 3 — железнодорожные линии, а Williams — газопроводы. С учетом последних достижений в области технологии разделения по длине волны для оптических кабелей эти сети способны передавать гигантские объемы трафика. Кроме того, прежние поколения оптических кабелей не способны поддерживать столько окон для плотного разделения по длине волны (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), сколько новые кабели (окна — это конкретные диапазоны длин волн, которые можно использовать для увеличения емкости кабеля). Таким образом, потенциал для расширения таких компаний, как AT&T, MCI Worldcom и Sprint, может оказаться ограничен по сравнению с новым поколением сетей, поскольку все они проложили свои оптические кабели уже достаточно давно.

После прокладки кабеля следующей крупной статьей расходов является коммутирующее и маршрутизирующее оборудование, доставляющее трафик по месту назначения и связывающее сеть с другими сетями передачи данных и PTSN. Стоимость IP-маршрутизаторов в пересчете на 1 Мбит/с оказывается значительно ниже, чем у традиционных коммутаторов каналов. Однако, после того как сеть IP будет оснащена необходимым для достижения приемлемого качества голоса и видео оборудованием, стоимость новой сети может оказаться ближе к стоимости традиционной инфраструктуры, чем это поначалу казалось.

Другую значительную часть расходов новоявленных операторов связи составляют системы и персонал по обслуживанию и эксплуатации. Они могут оказаться и не столь большими в результате некоторого упрощения администрирования, но AT&T, MCI и Sprint конкурируют друг с другом в области дальней связи для передачи голоса и данных уже более 15 лет, так что значительная экономия на этих операциях в сетях следующего поколения вряд ли возможна.

Одна из причин, по которой оборудование для коммутации каналов столь дорого, состоит во "встроенной интеллектуальности на прикладном уровне". Данным термином мы характеризуем тот вид интеллектуальности, когда решения о маршрутизации вызовов и о сигнализации вообще принимаются на основе тех или иных данных приложений. Она отличается этим от интеллектуальности транспортного уровня, когда коммутаторы каналов должны просто находиться в определенном состоянии на протяжении телефонного разговора. Я бы взял на себя смелость утверждать, что интеллектуальность транспортного уровня — неотъемлемая функция коммутации каналов — именно та интеллектуальность, которую Дэвид Айзенберг хотел бы вырвать с корнем. Интеллектуальность же прикладного уровня, с другой стороны, является монопольной областью системы сигнализации № 7 (Signaling System 7, SS7).

Широко известная как интеллектуальная сеть (Intelligent Network, IN) или даже передовая интеллектуальная сеть (Advanced Intelligent Network, AIN), SS7 использует свои собственные средства — каналы на 56/64 Кбит/с с высокоуровневым протоколом канального уровня (HighLevel Data-Link Control, HDLC) (см. статью Д. Ганьжи "Cистема сигнализации № 7" в разделе "Первые уроки" предыдущего номера LAN). Сигнальная сеть — это сеть коммутации пакетов, а ее поведение определяется семейством протоколов SS7. Коммутация или маршрутизация в сети SS7 выполняется точками передачи сигнала (Signal Transfer Point, STP). Коммутаторы каналов, где инициируются сигналы и выполняются инструкции SS7, называются точками коммутации сервиса (Service Switching Point, SSP). Действительно обладающий интеллектуальностью компонент называется точкой управления сервисом (Service Control Point, SCP). Он представляет собой базу данных, выполняющую запросы в соответствии, например, с набранным телефонным номером и возвращающую инструкции по правильной маршрутизации вызова.

В качестве простого примера приложения SS7 мы рассмотрим звонок по номеру с оплатой вызываемым абонентом (так называемые 800-е номера в США). При наборе 800 коммутатор (SSP) на местной телефонной станции определяет, что он должен обратиться к сети SS7, чтобы узнать, как обрабатывать вызов. Через несколько STP в сети SS7 запрос (состоящий из номера 800 и, возможно, конкретного вызывающего номера, того или иного идентификатора группы или информации о местонахождении исходного коммутатора) поступает на соответствующую SCP. Проведя поиск по базе данных, SCP определяет реальный номер вызываемого абонента и передает этот номер назад SSP, чтобы он мог установить соединение. Обычно SCP обслуживаются телефонными компаниями, но крупные операторские центры, как правило, располагают своими собственными SCP.

Несмотря на некоторые различия в используемых в разных странах версиях, протокол SS7 принят в качестве стандарта ITU, а SS7-совместимое оборудование предлагается многими поставщиками. При всех претензиях на большую эффективность и меньшую себестоимость, ни один из новоявленных операторов связи не горит желанием создавать сеть SS7 заново. Более того, они хотели бы подключиться к сети SS7. Каким бы ни был нижележащий протокол канального уровня, каналы передачи голоса по IP должны будут предоставлять информацию сети SS7 и реагировать на доставляемые ей инструкции. Таким образом, интеграция передачи голоса по IP и SS7 становится ключевым вопросом для конвергенции телефонных и IP-сетей.

Важность SS7 такова, что данный протокол послужил причиной нескольких последних приобретений и слияний компаний, в частности приобретения Summa Four компанией Cisco Systems и слияния Stratus и Ascend Communications. Hewlett-Packard и Compaq Computer (благодаря приобретению Digital Equipment) являются важными поставщиками технологии SS7 другим компаниям. Кроме того, IETF наращивает активность в области стандартов для интеграции IP с SS7, свидетельством чему могут служить Simple Gateway Control Protocol (SGCI) и IP Device Control (IPDC). Эти стандарты призваны упростить использование SS7 для проведения вызовов через нетелефонные сети.

Примером продукта, где поддержка SS7 используется для интеграции телефонной сети и Internet, может служить Ascend SS7 Gateway (ASG). Этот шлюз предназначен для маршрутизации вызовов непосредственно в точки входа провайдеров Internet без посредничества нескольких транзитных коммутаторов в телефонной сети. Обнаружив, что поступивший на SSP вызов предназначен провайдеру Internet, шлюз переключает вызов на прямой обходной канал к провайдеру вместо того, чтобы коммутировать его через телефонную сеть как голосовой вызов. За исключением местной линии доступа, эти вызовы для провайдеров Internet больше не будут занимать ресурсы телефонной сети. Широкомасштабное внедрение продуктов типа ASG избавит местных операторов связи (Local Exchange Carrier, LEC) от необходимости наращивать мощность коммутаторов для обслуживания соединений Internet своих клиентов.

БУДУЩЕЕ КОММУТАТОРОВ КАНАЛОВ

Коммутаторы каналов с полной поддержкой SS7 производятся компаниями, поддерживающими давние и тесные контакты с операторами связи. Lucent Technologies, Northern Telecom, Ericsson, Alcatel Alsthom, Samsung, NEC, Siemens и Nokia — вот наиболее показательные примеры.

С быстрым ростом Internet, сетей IP и сетей передачи данных вообще некоторая часть голосового трафика будет неизбежно передаваться по этим маршрутам. Наличие альтернативных маршрутов для передачи голоса должно еще более уменьшить и без того низкие темпы роста объема голосового трафика, к тому же коммутаторы каналов не имеют преимуществ при передаче просто данных. Руководство (не говоря уж об акционерах) компаний-производителей коммутаторов каналов должно озаботиться производством альтернативных продуктов, если оно хочет, чтобы их фирмы выжили. И действительно, мы можем наблюдать вспышку активности со стороны таких компаний, наиболее показательным примером которой может служить приобретение Bay Networks компанией Northern Telecom, но это только начало! 3Com, Ascend Communications, FORE Systems, Cabletron Systems и Xylan — вот лишь наиболее лакомые потенциальные приобретения, обладающие знаниями и опытом в IP и других технологиях передачи данных, которыми производители коммутаторов каналов не располагают. Если вы — разработчик приложений для SS7, то сейчас самое время заявить о себе.

Что касается сервис-провайдеров, число возможных комбинаций и сочетаний столь велико, что сколько-нибудь осмысленные прогнозы невозможны. Операторы нового поколения — Qwest, Level 3, Williams Communications и другие — не согласны довольствоваться ролью IXC или операторов магистрали Internet. Они не только прокладывают линии и устанавливают оборудование, но и приобретают провайдеров Internet и местных операторов связи, предоставляют каналы в обмен на местный доступ и другие средства, занимаются продажей телефонных карт и организуют международные каналы. Тем временем операторы местной и межстанционной связи старой закалки, а также конкурентоспособные операторы местной связи (Competitive Local Exchange Carrier, CLEC) и провайдеры Internet не перестают заглядывать в карманы друг друга: AT&T по-прежнему уверена, что она способна составить конкуренцию назначенным операторам местной связи (Incumbent Local Exchange Carrier, ILEC), модернизировав свою кабельную сеть TCI; Ameritech готовится стать частью SBC, а практически все региональные операторы Bell бомбардируют администрацию штатов и FCC просьбами позволить им заниматься дальней связью.

Очевидно, что недалек тот день, когда выжившие провайдеры услуг связи будут предлагать полный спектр сервисов, включая передачу данных, частные сети IP, голос по IP, доступ в Internet, корпоративный удаленный доступ, сотовую и пейджинговую связь, видеоконференции, а также привычные услуги местной и дальней голосовой связи, которые они в настоящее время покупают у независимых компаний. Учитывая агрессивный маркетинг, проводимый операторами сотовой и дальней связи, мы можем без труда себе представить самые разнообразные варианты афер, скандалов и слишком-хороших-чтобы-быть-правдой сделок.

Администраторы сетей, где основную статью расходов составляет оплата счетов за связь, могут ожидать значительной экономии в ближайшие несколько лет. Возможно, грубейшей ошибкой было бы заключать долгосрочные контракты сроком более чем на год для получения скидок в несколько процентов. При такой быстроте изменений в отрасли опасность оказаться привязанным к сервис-провайдеру, чьи услуги чересчур дороги или чья сеть не способна предоставить требуемые услуги, слишком серьезна, чтобы ее игнорировать.

Однако помимо цен администраторам сетей требуется помнить еще о целом ряде вопросов, чтобы их организации оставались конкурентоспособными и эффективными. Например, какие новые услуги или преимущества может ваша компания предоставить своим клиентам, если линии T-1 (или их эквивалент) будут стоить менее 100 долларов в месяц? Станете ли вы искать клиентов в других странах, если доставка данных, мультимедийных потоков, изображений и финансовых транзакций будет не дороже местного доступа?

Голос по всему, по чему только можно

Если резиденты обычно получают услуги голосовой связи в виде комбинации аналогового голоса по абонентской линии с цифровым голосом по телефонной сети с разделением по времени, то корпоративные пользователи часто имеют цифровые локальные каналы к учрежденческим АТС, а те в свою очередь подключаются к телефонной сети общего пользования для передачи исходящих звонков. (По сути, УАТС — это тот же коммутатор каналов, что и установленный на АТС с другого конца абонентской линии.) Звонки с беспроводных сотовых телефонов могут быть как аналоговым, так и цифровым — одним из нескольких разновидностей — эквивалентом абонентской линии, но и они передаются по телефонной сети.

Объемы голосового трафика увеличиваются на 5—8% в год. Однако ресурсы телефонной сети расходуются гораздо более быстрыми темпами, так как многие устанавливают дома факсы и модемы, носят с собой пейджеры и сотовые телефоны и занимают линии на протяжении многих часов при работе в Internet.

Появление альтернативных маршрутов должно уменьшить нагрузку на телефонную сеть.

Голос по frame relay передается вот уже в течение нескольких лет. С экономической точки зрения организации с сетями frame relay для передачи данных могут использовать возможности мультиплексирования frame relay для дешевых телефонных звонков в пределах сети; с технической точки зрения технология frame relay предусматривает контроль за перегрузками и ограниченную приоритезацию трафика, так что качество обслуживания может быть обеспечено до некоторой степени и без расширения каналов.

Голос по ATM передается без проблем; в конце концов, ATM предназначен для передачи голоса в той же мере, что и сеть с разделением по времени. Технология ATM предусматривает установление виртуальных каналов, но при этом она может оказаться более эффективной, чем сети с разделением по времени, ввиду того, что опирается на коммутацию пакетов.

Голос по IP — это не то же самое, что голос по Internet. Весьма маловероятно, что передача голоса по Internet когда-нибудь будет иметь удовлетворительное качество. Уж очень велико число потенциальных источников задержек, снижающих качество воспроизведения, когда голосовому трафику приходится пересекать сети нескольких провайдеров, а какого-либо технического решения этой проблемы пока даже на горизонте не видно. Голос по Internet вызвал наибольший интерес по сравнению с любой другой альтернативной средой передачи, так как перспектива действительно дешевых, если не бесплатных, телефонных звонков завораживает. Однако, весьма вероятно, что провайдеры дальней связи найдут способы использовать избыток пропускной способности для снижения цен в ближайшие два-три года, так что привлекательность дешевых звонков значительно потускнеет.

Тем не менее IP без использования Internet остается наиболее привлекательной новой средой передачи голоса. Такой голосовой трафик будет оставаться в пределах сети одного провайдера услуг. Если голос по сетям передачи датаграмм на базе IP будет иметь преимущество с точки зрения показателя цена/производительность по сравнению с сетями TDM с коммутацией каналов, то новые мощности будут вводиться на базе IP, и, в долгосрочной перспективе, маршрутизирующие устройства IP вытеснят унаследованные коммутаторы каналов.

Ресурсы Internet

Том Нолле публикует информационные бюллетени своей компании Netwatcher по адресу: http://www.cimicorp.com/cimiweb.html . Июньский выпуск за 1998 год содержит четкое объяснение важности SS7, а октябрьский выпуск того же года — ценную дискуссию о сравнительной стоимости сетей с коммутацией каналов и IP-сетей. Вы можете положиться на скептическое, свободное, информированное мнение Нолле.

Интересная дискуссия о потенциальной экономии от развертывания сети на базе IP вместо коммутаторов каналов можно найти в статье "Могут ли операторы делать деньги на IP-телефонии", опубликованной в августовском номере Business Communications Review за 1998 год. На узле Web по адресу http://www.bcr.com имеется только абстракт, так что желающим ознакомиться с полной версией потребуется приобрести печатный номер. В том же номере есть еще одна близкая к рассматриваемой теме статья — "Грядущее изобилие пропускной способности" Джона Путре, текст которой приводится на Web полностью.