Мультимедиа и джиттер
 Рис. 5. Буферизация по принципу «воронки» |
Еще одно преимущество пакетной технологии — возможность объединения разнообразного трафика в общем канале. Сеть становится универсальной средой передачи мультимедиа-информации. Однако это преимущество связано с новыми проблемами, поскольку заставляет сталкиваться с джиттером — неравномерностью задержек в канале связи.
Требования к передаче мультимедийного трафика обуславливают необходимость в расчете джиттера. При организации телефонной связи через разделяемый канал неизбежно возникает ситуация, когда пакеты от разных абонентов становятся в очередь на передачу. В таком случае большую роль играет буферная память на передающем и приемном концах канала.
Буфер используется для управления входящими пакетами и их транспортировкой по глобальной сети (рис. 5). Его роль аналогична функциям воронки, емкость которой соответствует объему памяти. Воронка временно хранит "наливаемое" (данные) пока все это содержимое не пройдет через узкое выходное отверстие.
Разделяемый канал frame relay (FR), в котором применяется статистическое временное мультиплексирование (STDM), позволяет в любой момент передавать лишь один кадр. Иначе говоря, каждый кадр, поступающий по каналу FR, на определенное время захватывает всю его пропускную способность. Следовательно, в момент передачи пакета одного из звонящих речевые или другие мультимедийные пакеты остальных абонентов должны "вставать" в очередь, которая организуется в буфере. Эти устройства памяти на приемном конце канала сконфигурированы так, что способны "дожидаться" задержанных речевых пакетов.
Джиттер определяется разницей во времени поступления двух любых пакетов в буфер получателя. Если по каналу глобальной сети ведется лишь один телефонный разговор, джиттер равен нулю, поскольку все речевые пакеты принимаются последовательно, один за другим. Добавление новых разговоров или трафика других мультимедиа-приложений (подобный процесс происходит в местах сужения дороги, когда несколько автомобильных рядов сливаются в один) приводит к появлению джиттера. Если не принять меры по управлению трафиком или не задействовать надлежащие схемы установления приоритетов, джиттер может существенно понизить качество телефонной связи.
Чтобы это качество не страдало, на приемном конце необходим буфер, сглаживающий неравномерность доставки речевых пакетов. После накопления в буфере достаточного числа пакетов они декомпрессируются и вновь преобразуются в аналоговый телефонный сигнал. Однако нельзя ждать бесконечно долго прибытия пакетов в буфер, поскольку требуется поддерживать плавное течение разговора в масштабе реального времени. В каналах FR и IP (т. е. UDP) допустимый джиттер составляет от 50 до 150 мс. В идеале для оптимизации качества речи при различных параметрах сети размер буфера должен меняться динамически. Действительно, зачем ждать 150 мс, если все пакеты приходят с интервалом 50 мс?
Оцените свои возможности
Понимание различий протоколов IP и FR позволяет принимать правильные решения при проектировании сетей, упрощает интеграцию новых технологий в уже существующие сети и обеспечивает решение проблем, которые могут возникнуть в будущем.
Как найти золотую середину между высоким и минимально приемлемым качеством? При внедрении пакетных технологий телефонной связи главным критерием для корпоративного заказчика является допустимое для него качество связи. Его поддержка осуществляется путем нахождения баланса между задержками и потерями пакетов.
Устроит ли вас доставка 70% речевых пакетов без какой-либо задержки или требуется 100-процентная доставка, но с задержкой 400 мс? Приемлемое качество "лежит" посередине. Тесты показывают следующее:
? приемлемое качество телефонной связи достигается при потере менее 5% пакетов; потеря 15% пакетов уже совершенно неприемлема;
? человеческое ухо регистрирует задержку прохождения сигнала, если она составляет около 150 мс; при задержке от 500 мс связь воспринимается как имеющая плохое качество.
Эти данные показывают, что можно потерять некоторое количество пакетов, но по-прежнему обеспечить высокое качество телефонной связи (для сравнения: при передаче данных необходимо 100-процентное получение пакетов). Для организации телефонной связи не рекомендуется использовать протокол TCP: его механизмы подтверждения приема и повторной отправки пакетов вносят ненужные задержки при передаче речевого потока. Обеспечивая 100-процентную гарантию доставки данных, TCP оказывает убийственное влияние на телефонную связь.
Предпочтительной комбинацией протоколов для передачи речи поверх IP (VoIP) является UDP/IP. Как известно, UDP не взваливает на себя ношу гарантированной доставки. Другими словами, пакеты, полученные с нарушением очередности или с ошибками, попросту сбрасываются, что незначительно ухудшает качество связи.
По причине высокой стоимости каналов связи в глобальных сетях нужно оценить как нынешние потребности организации, так и их возможный рост в будущем. Попробуем применить Закон Мура, согласно которому мощность процессоров удваивается каждые полтора года. Оценивая с его помощью рост спроса на пропускную способность глобальных сетей, можно предположить, что уже только трафик данных предъявит к ней высокие требования.
Анализ корпоративных телефонных счетов даст примерное представление о необходимой добавке пропускной способности в часы пик. Расчеты максимальной нагрузки в течение "усредненной" рабочей недели определят "худший" сценарий, который можно оптимизировать за счет транспортного протокола. Не забудьте учесть при расчете своих будущих потребностей "прожорливость" таких приложений, как охранное видеонаблюдение и видеоконференции.
Наконец, не упустите из виду то обстоятельство, что средства связи нуждаются в электропитании, без которого они просто не будут работать. При аварии в электросети постоянный ток напряжением -48 В, поддерживаемый в телефонной сети местного оператора, вас не спасет. В мире передачи данных перебои с электропитанием или его отсутствие означают потерю информации. Устойчивую связь помогут обеспечить следующие меры:
? использование источников бесперебойного питания;
? организация резервных каналов ISDN;
? задействование нескольких источников питания;
? наличие коммуникационного оборудования "горячего" резерва.
Резервирование становится важным условием функционирования современных сетей передачи данных. Отказать может любое звено сетевой инфрастуктуры. Случится ли это с каналом опорной сети, с магистральным коммутатором, каналом или устройством доступа, повсеместное резервирование позволит наиболее важным каналам связи работать непрерывно. Для решения жизненно важных для организации задач необходимо иметь четкое представление о слабых звенья в цепи, чтобы минимизировать риск потери связи.
И еще один момент. Если вы всерьез намерены заняться предоставлением услуг пакетной телефонии в сетях IP или FR, сначала следует внимательно изучить национальные нормативные документы в области регулирования операторской деятельности. Во многих странах Восточной Европы контроль над рынком телефонной связи по-прежнему находится в руках общегосударственных или региональных монополий. В то же время в этих странах до сих пор четко не определены правила регулирования деятельности по передаче речи в виде пакетов. В любом случае ради собственного блага будет разумным найти время для более внимательного ознакомления с национальными нормативными актами в области лицензирования и сертификации телекоммуникационных услуг.
Даешь качество!
Разработка средств телефонной связи для сетей передачи данных требует преодоления ряда препятствий. В частности, необходимо обеспечить:
? минимизацию вносимых задержек при одновременном увеличении степени сжатия;
? эффективное использование полосы пропускания и выделение достаточных ресурсов ЦПУ для ее распределения;
? разнообразные функциональные возможности (включая широковещательную трансляцию аудиоинформации, возможность работы с централизованными таблицами коммутации и с сигнализацией УПАТС) при конкурентоспособных ценах.
В сетях передачи данных задержки — это жизненный факт. Понимая их природу, можно спроектировать сеть пакетной телефонии так, чтобы минимизировать отрицательный эффект, повысив тем самым качество связи. Давайте посмотрим, какие элементы сети порождают задержки (рис. 6).
Рис.6. Виды задержек в сети передачи данных
Уже устройства доступа являются их источником, поскольку необходимо определенное время на обработку речевого сигнала. Последняя включает в себя:
? аналого-цифровое преобразование;
? цифровое сжатие сигнала;
? разбиение на пакеты;
? инкапсуляцию речевых пакетов в информационные единицы выбранного протокола глобальной сети;
? пропуск "расфасованной" информации через сетевой порт.
Реализация принципа последовательной передачи пакетов по каналу связи также вносит задержки. Каждая единица информации нуждается в определенном времени для прохождения от точки поступления в канал до точки выхода. Средой передачи может служить медная пара, волоконно-оптический или коаксиальный кабель, эфир. При этом величина задержки зависит от тактовой частоты и, в гораздо меньшей степени, от скорости света в среде передачи.
Наконец, еще одним источником задержек является магистральный узел. Ему тоже требуется время для обработки поступающих единиц информации и направления их на соответствующий магистральный порт.
На практике при пересылке пакета длиной 1518 байт (максимальная длина пакета Ethernet) по 64-кбит/с каналу последовательная задержка достигает 185 мс. Если по тому же каналу передавать пакеты длиной 64 байт, задержка составит всего 8 мс, т. е. чем короче пакет, тем быстрее он достигнет приемной стороны. Конструкторы телефонного оборудования для сетей передачи данных предпочитают короткие пакеты, позволяющие минимизировать величину задержек при транспортировке времязависимого трафика. Разработчики оборудования передачи данных, напротив, стремятся к увеличению длины пакетов для снижения объема служебного трафика.
Длина пакета становится важнейшим фактором при разработке устройств передачи данных с поддержкой телефонии. Чтобы сократить задержки изохронного аудио- или видеотрафика, пакеты данных приходится подвергать сегментации, т. е. разбивать на небольшие информационные единицы. Как правило, их размер равен длине речевого пакета. В том случае, когда речевое соединение не активизировано, следует возвращаться к передаче несегментированных пакетов данных. Это обеспечивает общую эффективность работы сети, предназначенной для передачи разнородного трафика.
Но сколь большими должны быть речевые пакеты? Главная тонкость — установить размер пакета таким, чтобы минимизировать задержку, не жертвуя качеством речевой связи.
Для решения этой задачи были проведены исследования, которые показали, что задержка свыше 500 мс при передаче сигнала в обоих направлениях делает диалог практически невозможным, а человеческое ухо фиксирует задержку начиная со 150 мс. Следовательно, речевой пакет должен преодолеть все звенья сети (т. е. устройства доступа, канал связи и магистральные узлы) в обоих направлениях менее чем за 500 мс. В результате получаем оптимальный размер речевого пакета в пределах 20—128 байт, в зависимости от характеристик сети.
Величина задержек в сетях передачи данных определяется не расстоянием, а тактовой частотой. Например, если в середине выделенной линии длиной 400 км поставить маршрутизатор, получим соединение из двух сегментов по 200 км. Теперь передача пакета к адресату займет вдвое больше времени. Не забывайте, что каждый пролет вносит как узловую, так и последовательную (канальную) задержку (рис. 7).
Рис. 7. Дополнительный пролет значительно увеличивает задержку: а — канал связи с одним пролетом, б — канал связей с двумя пролетами
При выборе размера пакета следует учитывать необходимый объем служебного трафика, который также увеличивает задержку. На рис. 8 видно, что к 64 байтам "полезной нагрузки" речевого пакета FR добавляет 6 байт: два байта флагов, два байта заголовка, два байта контрольной суммы. IP добавляет 28 байт: 20 байт протокола IP, 8 байт протокола UDP.
 Рис. 8. Соотношение полезной нагрузки и служебной информации в информационных единицах VoFR и VoIP |
Таким образом, при использовании IP общий размер пакета увеличивается как минимум на 30% (т. е. до 92 байт в нашем примере), в случае применения FR — на 9%. Уменьшить долю служебного трафика можно с помощью механизма Voice Bundling — связи несколько речевых пакетов друг с другом. Он позволяет инкапсулировать какие-либо речевые пакеты в одну информационную единицу глобальной сети (т. е. в кадр FR или пакет IP), в результате чего доля служебного трафика сокращается до 8% при VoIP и до 2% при VoFR!
Суммируя изложенное, отметим, что общее увеличение размера пакетов приводит к выравниванию позиций VoIP и VoFR. При использовании алгоритма сжатия до 5,4 кбит/с и длине пакета 64 байт для передачи речи по FR требуются 5,8 кбит/с, а по IP — 7,6 кбит/с. (В действительности доля служебного трафика несколько выше, чем в приведенных вычислениях, поскольку свою лепту вносит сегментация речевого потока. Например, если речевые пакеты имеют фиксированную длину, последний из них почти всегда будет заполнен лишь частично и к нему будут добавлены недостающие разряды — так называемая "набивка".) Есть и другие способы повышения эффективности VoIP: сжатие заголовка по протоколу RTP сокращает его с 28 до 6 байт, и он становится точно таким же, как при VoFR.
Хотя "нагрузка" в 28 байт при использовании UDP/IP может показаться несущественной, попробуем провести аналогию с мелкими монетками. Много ли весит каждая из них? А 10 млн монет, т. е. целая гора "серебра"? Ответ очевиден: то, что сначала воспринималось как незначительное, теперь стало важнейшим критерием. В реальной жизни среднее предприятие с 50 работниками способно передавать по сети 6 Мбайт ежемесячно. Если добавить 2 млн служебных байт, возможно, стоит еще раз задуматься о выборе протокола.
Завершая тему, вспомним о служебном трафике, который необходим для поддержания целостности сети, ее стабильности, и рассчитаем его для нашего примера. Так, в IP-сети применяются протоколы маршрутизации RIP или OSPF, обеспечивающие надежную маршрутизацию, а для управления сообщениями — еще и Address Resolution Protocol, Internet Control Message Protocol и т. д. Добавление трафика этих протоколов в сеть не всегда оправданно, но благодаря ему IP способен динамически направлять информационный поток в обход отказавшего узла.
Что же касается задержек в магистральном канале связи, пропускная способность телефонных систем с коммутацией каналов ограничена лишь скоростью света. (Несколько упрощая суть дела, мы полагаем, что электроны движутся в телефонном волоконно-оптическом кабеле со скоростью света, т. е. 300 тыс. км/с. В действительности скорость чуть меньше и зависит от параметров выбранной среды передачи.) Проиллюстрируем это на примере телефонного соединения по трансатлантическому кабелю длиной 6 тыс. км. В ТфОП задержка сигнала при его прохождении в обе стороны составит около 20 мс; она будет обусловлена только скоростью движения электронов.
Картина меняется при использовании спутниковых каналов связи. С Земли до спутника, находящегося на геостационарной орбите на высоте 36 тыс. км, сигнал доходит за 120 мс. Таким образом, общая задержка сигнала, прошедшего от одного наземного корреспондента до другого и обратно, составит 480 мс — и это без учета задержек, вносимых промежуточными устройствами. По данной причине при организации пакетной телефонии по спутниковым каналам приходится решать очень сложную инженерную задачу обеспечения приемлемого качества связи. Здесь, как правило, предпочтение отдается технологии VoFR, поскольку она обладает большей, чем VoIP, эффективностью и привносит меньшие задержки.
Оставив на какое-то время в стороне перегрузки в сети, напомним о преимуществах FR-коммутации по сравнению с маршрутизацией в магистральной сети. Маршрутизатор, как и положено устройству третьего уровня ЭМВОС, выполняет несколько ключевых функций: проверку контрольной суммы; считывание IP-адреса получателя; поиск в таблице маршрутизации адреса порта, на который должен быть направлен пакет; передачу пакета на нужный порт. Реализация каждого из перечисленных шагов требует десятков миллисекунд. Коммутаторы FR обрабатывают данные лишь на двух уровнях ЭМВОС, поэтому общая задержка составляет сотни микросекунд. Это ничтожно мало по сравнению с тем, что обеспечивают маршрутизаторы, причем такая задержка незаметна при диалоге.
Движение по магистрали
Даже при построении опорной сети на базе "труб большого диаметра" она не свободна от проблем обеспечения качества. При транспортировке мультимедийного трафика ей постоянно приходится бороться с перегрузками. Чтобы правильно оценить возможности магистральной сети, необходимо провести соответствующие расчеты.
Анализ любой сети общего пользования можно упростить, сопоставив доступную пропускную способность, предоставляемую оператором, и число абонентов в сети. Проще говоря, если мощность опорной сети составляет 622 Мбит/с и к ней подключены 10 тыс. клиентов, то в часы наивысшей загрузки каждому из них достанется не больше 62,2 кбит/c. Хотя эти вычисления не полностью раскрывают ситуацию в реальных сетях, они важны для оценки способности оператора предоставлять доступ новым абонентам. Проще говоря, абонент может оплатить доступ по 512-кбит/с каналу, но если магистраль не способна предоставить такую пропускную способность, часть трафика не достигнет адресата.
В корпоративных и ведомственных сетях влияние перегрузок можно уменьшить за счет должного проектирования сети и прогнозирования дальнейшего роста трафика. Сетевые менеджеры используют специальные анализаторы или инструменты управления для определения загрузки каналов в различное время. Опорная сеть должна обладать пропускной способностью, достаточной для передачи либо пикового, либо среднего трафика. К сожалению, далеко не все операторы следуют этой модели, и зачастую число абонентов достигает 600% от теоретически возможного. К счастью, в корпоративных сетях мы можем управлять потоками данных.
Управление потоком становится важным в моменты перегрузок. Протокол FR позволяет бороться с перегрузками с помощью механизмов прямого (explicit) и косвенного (implicit) управления нагрузкой. Оба механизма работают с буферами данных на всех узлах сети и обеспечивают сохранение данных при перегрузках в каналах связи.
Косвенное управление нагрузкой предполагает назначение гарантированной пропускной способности (CIR) и гарантированного объема "всплеска" нагрузки (Committed Burst Size, Bc), что обеспечивает пропуск трафика абонентов в пределах заказанной ими полосы пропускания. Косвенное управление служит также для того, чтобы разнородный трафик всех абонентов, использующих опорную сеть, достиг точки своего назначения.
Прямое управление нагрузкой в сетях FR реализуется с помощью генерации сигналов оповещения о перегрузке. Сигналы BECN (Backward Explicit Congestion Notification) и FECN (Forward Explicit Congestion Notification) служат для оповещения, соответственно, передающих и принимающих устройств о необходимости снижения интенсивности трафика, так как в противном случае возможна потеря данных.
Стандарты и сигнализация
Мы прошли долгий путь с начала 80-х гг., когда цифровые технологии впервые стали доступными в виде проигрывателей компакт-дисков, ПК и услуг сетей ISDN. Привыкнув к тому, что аналоговый сигнал можно воспроизвести с цифрового носителя, мы требуем отличного качества передачи речи по все более "узким" каналам связи. В середине 90-х гг. были приняты следующие стандарты компрессии речи, отвечающие этим требованиям:
? G.729 обеспечивает 8-кратное сжатие речевого сигнала, что дает возможность передавать его в полосе 8 кбит/с с тем же качеством, которое поддерживают обычные телефонные сети. В основу стандарта положен алгоритм сжатия CS-ACELP. Последняя его версия, G.729A, использует тот же алгоритм, но упрощенный кодек, что значительно снижает нагрузку на процессор при обработке речевого потока;
? G.723.1 позволяет сжимать речевой сигнал в 12 раз и транспортировать его в полосе 5,3 или 6,3 кбит/c. При этом качество передачи речи немного снижается, но остается вполне достаточным для делового общения. Для сжатия до полосы 5,3 кбит/с применяется алгоритм ACELP, до 6,3 кбит/с — MP-MLQ.
Консорциум Frame Relay Forum поддержал оба стандарта; их спецификации можно найти в документе FRF.11. Установлены также два класса компрессии речевого сигнала: первый использует стандартную модуляцию AДИКM (алгоритм сжатия G.727), второй — G.729A.
Производители средств для VoIP приняли стандарт H.323, который включает в себя алгоритм компрессии аудиопотока G.711. Последний обеспечивает простое преобразование 4-кГц аналогового речевого сигнала в цифровой поток ИКМ 64 кбит/с. Этот же алгоритм сжатия используется в современных сетях ISDN. Стандарт H.323 допускает применение алгоритмов компрессии G.729 и G.723 в качестве альтернативных.
Общее правило гласит, что более "плотное" сжатие приводит к снижению качества речи, однако разработка все более сложных алгоритмов компрессии делает это правило спорным. Выбор алгоритма обуславливается тремя основными факторами — распространенностью, поддержкой в имеющемся оборудовании и ожиданиями пользователей. На нынешнем этапе оба стандарта хорошо себя показали и приняты производителями средств пакетной телефонии.
Отметим, что устройства, поддерживающие G.723.1, не могут "разговаривать" напрямую с устройствами на основе G.729: для их взаимодействия необходим специальный конвертер. Сигнальный процессор, обеспечивающий эти функции, может вносить задержки и искажения, снижающие качество речи до неприемлемого уровня. Кроме того, современные технологии не способны производить такое преобразование в масштабе реального времени.
На принятие решения об использовании того или иного алгоритма влияют также все остальные критерии, учитываемые при проектировании сети, в том числе ее прогнозируемый рост, качество обслуживания и доступный бюджет.
Важно помнить, что алгоритм сжатия не зависит от видов сигнализации, поддерживаемых различными АТС. Устройство доступа должно "понимать" и преобразовывать различные типы телефонной сигнализации. Вот некоторые из них:
? различные варианты E&M, в том числе фирменные;
? FXS;
? CCS;
? CCS Q.SIG;
? CAS;
? ISDN PRI;
? ISDN BRI;
? ряд фирменных протоколов.
Как бы то ни было, два устройства доступа могут "говорить" на одном языке сжатия, но если они по-разному понимают значения слов, они не смогут установить соединение.
Стандарты сжатия речи способны работать в гибридных сетях (рис. 9), т. е. они полностью независимы от транспортного протокола. Сопряжение сетей обеспечивается путем установки шлюза, который выполняет для этих протоколов роль "переводчика". Связь остается прозрачной, поскольку когда пакет из сети FR достигает шлюза, тот удаляет заголовок FR и заменяет его на заголовок IP. При прохождении пакетов в противоположном направлении производится обратное действие.
 Рис. 9. Организация телефонной связи в гибридных сетях |
Одно из самых важных требований к проекту сети — обеспечение совместимости телефонной сигнализации. УПАТС корпоративных сетей оснащаются самыми различными интерфейсами. Для того чтобы каждый филиал имел надежную телефонную связь, нужно поддерживать все стандартные типы сигнализации. Любой филиал может быть соединен по иному сигнальному интерфейсу — в зависимости от того, по какому маршруту произошла коммутация (или маршрутизация) вызова. Совместимость типов сигнализации и их преобразование необходимы для организации надежной и устойчивой телефонной связи в сети на основе коммутации пакетов.
Соответствие стандартам гарантирует беспроблемную работу в сети оборудования разных производителей. Не забывайте, что ключ к построению эффективной и надежной сети — тестирование и еще раз тестирование.
Помните, что пакетная телефония не только обеспечивает заметную экономию на телефонных счетах, но и при вносит массу дополнительных функций. К их числу относятся:
? цифровая интерполяция речи. Этим термином компания Motorola обозначает механизм, поддерживающий передачу данных во время пауз в телефонном разговоре;
? подавление эха на ближнем и дальнем концах соединения. Эхо мешает телефонному разговору и возникает из-за несогласования входного и выходного импенданса дифференциальных систем, обеспечивающих переход с двухпроводной на четырехпроводную линию на местных АТС;
? факсимильная связь поверх IP или FR. Позволяет передавать факсы в пакетных сетях;
? аудиовещание — передача объявлений одновременно во многие филиалы;
? использование централизованной таблицы коммутации. За счет этой таблицы значительно упрощается расширение сети, поскольку требуется настройка только одного телефонного узла коммутации;
? поддержка тонального и импульсного набора. Обеспечивает совместимость телефонных аппаратов разного типа;
? применение серийного номера. Он позволяет соединиться с организацией по любой из незанятых линий, объединенных в группу под одним номером. Устройство доступа с интеграцией речи выступает в роли УПАТС, осуществляющей динамическое распределение вызовов по свободным линиям;
? передача речи и данных по одному DLCI. Помогает сэкономить значительные средства: пользователь оплачивает лишь один DLCI, используя его как для передачи данных, так и для всех исходящих звонков;
? альтернативная маршрутизация вызовов. В случае, если основной канал занят или вышел из строя, можно звонить по резервному маршруту;
? группирование телефонных каналов. За счет объединения нескольких речевых пакетов в один пакет IP или кадр FR снижаются объем служебного трафика и требования к пропускной способности сети;
? подавление пауз. Канал освобождается от передачи "пустых" пакетов во время пауз в телефонном раз говоре, а в результате, другому трафику предоставляется дополнительная полоса пропускания.
На этапе планирования важно уяснить как текущие, так и потенциальные потребности организации. Причина проста: необходимо получить стабильное, надежное и работоспособное решение. Гарантии производителя, связанные с модернизацией модулей программного и аппаратного обеспечения для поддержки будущих стандартов, чрезвычайно важны для надежной защиты капиталовложений.
Классы, типы и качество
Определяя, какие преимущества дают классы (CoS) и качество (QoS) обслуживания, следует понять, чем они отличаются друг от друга применительно к пакетной телефонии.
CoS — это способ улучшения условий транспортировки данных, он задает схему установки приоритетов различным типам сетевого трафика. Изначальный стандарт FR не имеет механизма, обеспечивающего преимущество одного пакета над другим. По этой причине на каждом узле доступа следует реализовать CoS: тогда данные будут получать приоритеты до их поступления в сеть. Именно так строится современная сеть VoFR. По этому сценарию речь и любой другой трафик реального времени, например видео, получает более высокий приоритет, чем другие данные, перед поступлением в сеть. Как только информация попала в сетевое облако, все кадры считаются равными.
Протокол IP v.4 также не имеет механизма обеспечения CoS. IP v.6 (его называют также IPng, где "ng" обозначает "следующее поколение") позволяет устанавливать приоритеты, но вряд ли эта версия получит широкое распространение даже в начале следующего века. IP v.6 вносит дополнительные задержки из-за увеличения до 40 байт (в базовой конфигурации) размера заголовка. Тем временем протоколы RTP, RSVP и ToS (тип обслуживания) могут обеспечить временное решение проблем CoS в сегодняшних корпоративных и ведомственных сетях IP.
ToS — один из самых простых способов установления приоритетов в существующих IP-сетях, хотя поле ToS и не входит в оригинальную спецификацию IP v.4. Поле ToS состоит всего из одного байта, но его реализацию признали слишком сложной, потому-то оно и пребывало в забвении долгие годы. Но в условиях мультимедийного бума преимущества перевешивают недостатки. Поле ToS задает параметры задержек и пропускной способности, оно совместимо с протоколами маршрутизации, например OSPF, и обеспечивает соблюдение приоритета пакета на всем пути его следования по сети. Многие производители начали реализовать ToS в своих устройствах, делая первый шаг по пути классификации обслуживания в сетях IP.
QoS улучшает связь между двумя оконечными точками, выделяя для этого гарантированную полосу пропускания. ТфОП, базирующаяся на коммутации каналов, предоставляет очень высокое качество обслуживания по той простой причине, что после установления соединения ее абоненты получают в свое полное распоряжение выделенный канал связи. С другой стороны, в ТфОП невозможно внедрить CoS, поскольку предоставляются выделенные, а не разделяемые каналы.
Пакетная телефония требует принципиального иного подхода к QoS, поскольку сети передачи данных являются средой ресурсов совместного использования. Соглашения о CIR и постоянные виртуальные каналы (PVC) сетей FR гарантируют выделение полосы пропускания, необходимой для телефонной связи. Гибкие протоколы реального времени идут дальше простого определения параметра CIR. Они позволяют мультиплексировать голос и данные в общем PVC или разделять их по отдельным PVC в зависимости от решаемых задач, конфигурации сети и требуемых затрат. Кроме того, благодаря назначению Bc FR дает гибкость при передаче "всплесков" трафика в часы наибольшей нагрузки. Абонент может подписаться на доступ к сети FR и оплатить канал из расчета средних потребностей своей сети, получив право при необходимости передавать трафик сверх установленной нормы.
FR или IP
Инфраструктура ТфОП базируется на проверенных временем телефонных кабелях. Медная пара является основой абонентских сетей во всем мире, общая протяженность которых измеряется миллионами километров.
Пакетная телефония разрывает эту зависимость от определенного типа носителя и обеспечивает гибкость в использовании широкого спектра проводных и радиоустройств. Коммутация пакетов допускает передачу по меди, оптоволокну, коаксиальному кабелю, радиоканалу или той среде, которая может появиться в будущем. Это преимущество позволяет организациям устанавливать экономически эффективную кабельную систему, легко наращиваемую под будущие требования, а альтернативным операторам — избегать затрат на аренду абонентских линий у региональных телефонных компаний.
Технология пакетной телефонии снимает ограничения на среду передачи. Протоколы передачи данных выделяют физический уровень как отдельный, делая возможными сквозные соединения в гетерогенных физических инфраструктурах.
Есть несколько фундаментальных различий в принципах обслуживания сетями FR и IP различных видов трафика. Так, стандарты FR базируются на семиуровневой ЭМВОС. Отсюда можно сделать вывод, что каждый коммуникационный уровень имеет свои, независимые от других уровней, протоколы. Преимущество такого подхода — гибкость интеграции новых протоколов в эту модель. Хотя IP часто связывают с ЭМВОС, определения данного протокола менее строги. Объясняется это тем, что IP был разработан до создания ЭМВОС. Как бы то ни было, ныне ЭМВОС используется в качестве теоретической модели для описания любых протоколов, что облегчает понимание их базовой структуры.
FR работает независимо от уровней ЭМВОС с третьего (сетевого) по седьмой (прикладной). Поддержка таких стандартов, как RFC 1490, особенно важна сегодня, поскольку позволяет связать FR со столь важными протоколами, как IP, IPX и SNA.
Реализация пакетной телефонии требует создания новой основы, которая еще теснее свяжет ее с FR. Такая спецификация уже подготовлена консорциумом Frame Relay Forum в документе FRF.11.
Недавно появившийся мультимедийный стандарт H.233 Международного союза электросвязи (МСЭ) предназначен для сетей, не гарантирующих доставку информации. H.323 прописан до уровня настольного ПК и определяет основы аудио-, видео- и компьютерной связи в пакетных сетях, в том числе работающих по протоколам IP и FR. Этот стандарт предлагает средства, с помощью которых устройства разных производителей в процессе установления связи могут "согласовывать" свои возможности (например, посылая запрос типа "Поддерживаешь ли ты видео?"), а затем активизировать доступные функции. Подмножество стандартов H.323 тесно связано с IP, что обеспечивает использование всевозможных видов связи, в том числе видео- и аудиоконференций (VoIP), а также интерактивной переписки типа white board.
С точки зрения реализации обычного телефонного разговора, разница между VoIP и VoFR может казаться и не столь существенной. Контраст между этими транспортными протоколами становится особенно заметным при анализе возможностей передачи трафика данных, не относящегося к протоколам семейства IP (т. е. трафика протоколов SNA, IPX и целой группы устаревших). Вот где проявляются самые сильные стороны FR.
* * *
Изменение парадигмы пакетной телефонии будет иметь позитивное и продолжительное воздействие на развитие отрасли телекоммуникаций. Пакетная телефония уже заметно изменила отношения в этой отрасли. Но еще более значимыми окажутся изменения, которые произойдут с появлением на рынке устройств и технологий с новыми полезными и эффективными функциями. Например, в первой половине следующего десятилетия ожидается появление алгоритмов сжатия, которые позволят передавать речь в полосе всего лишь 2,4 кбит/с.
По мере конвергенции телефонных и компьютерных сетей следует ожидать снижения стоимости услуг и появления более широкого выбора у абонентов. Установление телефонных соединений в следующем десятилетии, вероятно, будет происходить совсем не так, как сегодня. Можно будет позвонить через ТфОП, ISDN, ATM, FR или IP, а также через любую их комбинацию.
Но не забудьте о тех преимуществах, которые пакетная телефония дает уже сегодня. Не откладывайте внедрения VoIP или VoFR в сетях, наиболее активно используемых вашей компанией, там, где эти технологии принесут быструю экономическую отдачу и превосходство над конкурентами. Затем переходите к следующей фазе.
В заключение хочу сказать, что нельзя внедрять мультимедиа-связь в существующих маршрутизируемых сетях без понимания сути IP и FR. Экономически эффективное решение, позволяющее предоставлять услуги пакетной телефонии высокого качества, можно создать только после тщательного проектирования сети. Сложилось ошибочное мнение, что для интеграции пакетной телефонии в имеющиеся сети их необходимо радикальным образом изменять. Эта точка зрения далека от истины.
Пакетная телефония становится логичным расширением функциональности любой корпоративной сети IP или FR. Ее успешное внедрение определяется качеством проектирования сети — особенно того, как будет осуществляться управление нагрузкой, и какие способы борьбы с перегрузками будут использоваться (это очень важно при передаче изохронного трафика). Пакетная телефония может быть интегрирована в существующие корпоративные сети, а необходимые для этого затраты несопоставимы с потенциальными преимуществами.