Высокоскоростные цифровые сети общего пользования в России

Анатолий Соколов,

Ольга Макарова     

Если вы хотите объединить локальные сети, находящиеся в разных концах Москвы, эта проблема решаема: как минимум пять компаний предложат вам услугу ретрансляции кадров (frame relay). На подключение к сети X.25 или получение доступа в Интернет по выделенному цифровому каналу в Москве у вас также уйдет не слишком много времени: примерно такое же число компаний обеспечат вам режим прозрачного соединения.

Если аналогичные проблемы у вас возникнут, например, в Самаре, то и там вы сможете найти компанию  -  оператор связи, готовую предложить вам услугу ретрансляции кадров или организовать прозрачное соединение в пределах Самары.

Но вот объединить локальные сети филиалов компании, один из которых находится, например, в Москве, другой в Саратове, третий в Таганроге, а четвертый в Липецке, вам будет гораздо сложнее. Если в крупных городах связь внутри города вам обеспечат волоконно-оптические каналы, то каналы связи между регионами в лучшем случае спутниковые.

Так ли это плохо?

Стоимость соединения по спутниковым каналам достаточно высока, а пропускная способность и качество ниже, чем у волоконно-оптических линий связи, кроме того, работа через спутниковый канал требует установки специального дорогостоящего оборудования. И тем не менее во многих случаях это пока единственное решение.

Такая расстановка сил связана с тем, что сегодня в крупных городах России уже построены мощные опорные цифровые сети, основанные на волоконно-оптических линиях связи. Суммарная пропускная способность некоторых из них достигает нескольких гигабит в секунду. Но межрегиональные опорные высокоскоростные цифровые сети находятся пока еще на стадии развития.

Почему это так? Для построения опорной сети необходимо наличие физической среды передачи данных, например волоконно-оптических либо радиорелейных линий связи, или, по крайней мере, у вас должна быть возможность их прокладки. (Под каналом связи понимается совокупность физической среды передачи данных и каналообразующего оборудования.)

Прокладка линии связи между регионами  -  процедура достаточно сложная, в том числе и с точки зрения оформления всевозможных разрешений и проведения различных согласований. Так, прокладка волоконно-оптических линий, как правило, связана с необходимостью вырубки лесов, преодоления болотистых и скальных зон, выполнения работ в местах пересечения действующих инженерных коммуникаций и сооружений, кроме того, на вашем пути могут встретиться водоканалы, водохранилища, судоходные и малые реки. Линия связи, проложенная, например, по дну реки, может быть повреждена якорями судов, смещением грунта в береговой части и т. д. Поэтому в подобных случаях используются специальные бурильно-проходческие машины. Это позволяет заглубить кабель более чем на 10 метров от поверхности дна, что является гарантией высокой защищенности от любых повреждений.

В последнее время достаточно активно взялись за организацию волоконно-оптических линий связи железнодорожные компании. Прокладка кабеля вдоль железнодорожного полотна значительно сокращает временные и материальные затраты, поскольку при этом не требуется получать специальное разрешение на отвод земли, заниматься вырубкой лесов и т. п. Однако железнодорожные компании могут проложить линии связи только вдоль принадлежащего им железнодорожного полотна, а следовательно, обеспечить связь во всех направлениях они не могут. Кроме того, железные дороги изначально не имеют лицензий на оказание услуг передачи данных и телематических служб, а также лицензий на право сдачи в аренду каналов связи и на предоставление услуг местной и междугородной связи, поэтому серьезно говорить о построении опорной сети на базе каналов, проложенных железнодорожниками, не приходится. Сегодня единственной организацией, развивающей опорную цифровую сеть России, является АО “Ростелеком”, оператор междугородной и международной связи.

Что такое цифровая опорная сеть?

В структуре опорной сети можно выделить несколько уровней. Первый уровень является своеобразной подложкой, на которой, собственно, и создается вся инфраструктура сети. Первый уровень представляет собой совокупность каналов (как правило, волоконно-оптических), магистральных усилителей и подключенных к ним специальных мультиплексоров. Передача информации на этом уровне осуществляется по технологии синхронной цифровой иерархии, SDH, позволяющей работать в диапазоне скоростей до 40 Гбит/с. Технология синхронной цифровой иерархии создавалась специально для работы с волоконно-оптическими кабелями, поэтому аппаратура SDH не требует установки специальных оптических модемов.

SDH основана на схеме временного мультиплексирования (эту технологию называют также технологией с временным разделением ресурсов). В качестве основного формата сигнала в этой технологии был принят синхронный транспортный модуль STM-1, имеющий скорость передачи 155,52 Мбит/с.

Идея временного мультиплексирования основана на делении всей ширины диапазона пропускной способности сети на фиксированные временные интервалы. Каждый входной канал последовательно включается на определенный временной интервал (тайм-слот), а каждый потребитель ресурсов получает свой квант времени или, условно говоря, часть общей пропускной способности цифровой сети.

Технология временного мультиплексирования дает очень малую задержку. Ее применение оправдано при передаче, например, голосовой информации. Основным достоинством технологии с временным разделением ресурсов является то, что оператор четко знает, какую часть пропускной способности сети занимает каждый потребитель. Но с другой стороны, такая жесткая архитектура является и основным недостатком временного мультиплексирования. Ресурсы сети используются неэффективно: если по одному из входных каналов передача информации в какой-то момент времени не осуществляется, то ни один другой канал не может использовать его ресурсы. Иными словами, если один из потребителей в какой-то момент времени не занял свой тайм-слот, то идет передача пустого информационного блока.

В отличие от схемы временного мультиплексирования режим асинхронной передачи данных (ATM) позволяет более эффективно расходовать ресурсы каналов связи. Технология АТМ  -  это технология динамического распределения пропускной способности. Вся информация на входе АТМ-коммутатора преобразуется в ячейки фиксированной длины, которые поступают в канал связи по мере их создания.

Система приоритетов в АТМ-сетях и фиксированный размер ячейки обеспечивают передачу критичной к задержкам информации c гарантированной скоростью.

Обычно режим асинхронной передачи в опорных цифровых сетях используется на втором уровне. ATM-коммутаторы служат для уплотнения потоков в цифровых сетях SDH.

Хотя АТМ-коммутаторы в большинстве своем могут подключаться непосредственно к волоконно-оптическому кабелю, применение технологии SDH в качестве первого (транспортного) уровня при построении опорной цифровой сети более предпочтительно. Такой подход дает большую гибкость для дальнейшего наращивания ее мощности. Инкапсуляция ячеек АТМ в STM-поток не приводит к снижению пропускной способности сети.

В игру вступают операторы сетей общего пользования

Сегодня среди многочисленных клиентов, работающих с операторами сетей общего пользования, вряд ли можно найти тех, кто для построения своей корпоративной сети будет использовать скорости выше 100 Мбит/c. Еще меньше вероятность того, что пользователь, не являющийся оператором связи и не собирающийся зарабатывать деньги на предоставлении услуг связи, согласится приобрести оборудование для подключения к АТМ-коммутаторам опорной сети, выложив при этом довольно круглую сумму.

Поэтому с развитием опорной волоконно-оптической цифровой сети в игру вступают операторы сетей общего пользования. Их основная задача состоит в том, чтобы предоставить своим клиентам  -  как в центре, так и в регионах  -  такие новые телекоммуникационные услуги, как режим прозрачного соединения, ретрансляция кадров, предоставление прямых московских телефонных номеров, создание систем видеонаблюдения, высокоскоростной доступ в Интернет и т. п.

Подключив свою аппаратуру к опорной сети АО “Ростелеком” и арендовав часть пропускной способности магистральных каналов связи, операторы сетей общего пользования смогут развивать высокоскоростные цифровые сети общего пользования, но уже не на базе спутниковых каналов, а на основе волоконно-оптических линий связи или цифровых радиорелейных линий. Высокоскоростные цифровые сети общего пользования позволят операторам предоставить клиентам все перечисленные выше услуги. Оборудование, устанавливаемое оператором, должно выполнять задачу дальнейшего мультиплексирования арендованной им части пропускной способности магистрального канала связи, так как для большинства клиентов величина гарантированной скорости (если речь идет об услуге ретрансляции кадров) или скорости передачи данных (если речь идет о режиме прозрачного соединения) в 64 кбит/c является более чем достаточной.

Что представляет собой режим временного мультиплексирования

Для того чтобы разделить ресурсы арендованной части пропускной способности магистральных каналов связи между клиентами сети передачи данных общего пользования, оператор может использовать режим временного мультиплексирования TDM (Time Division Multiplexing). Сети, по которым осуществляется передача информации в режиме TDM, также работают по схеме временного мультиплексирования, но ориентированы на работу с менее скоростными потоками, чем сети SDH. Режим TDM имеет другой формат представления данных.

Какая аппаратура используется для построения высокоскоростной цифровой сети передачи данных общего пользования, обеспечивающей передачу информации в режиме TDM? Одним из известных поставщиков оборудования такого класса является канадская корпорация Newbridge Networks.

Для развития сетей общего пользования наибольший интерес представляет устройство 36120 MainStreet, наращиваемое из мультиплексоров 3600 и 3645 MainStreet путем установки дополнительной шины FASTBUS. Максимальная производительность MainStreet 36120 составляет более 100 000 кадров в секунду.

При работе с сетями АТМ и SDH мультиплексоры 3600, 3645 и 36120 MainStreet используются как устройства доступа к высокоскоростной сети (34, 155, 622 Мбит/с), доводя цифровые потоки непосредственно до потребителя. В случае необходимости значительного увеличения коммутационной емкости мультиплексоров низкоскоростного доступа их  можно нарастить до 36120 MainStreet и использовать устройство FRATM, которое обеспечит доступ в сеть АТМ по каналу Е3.

Взаимодействие удаленного абонентского узла с ИС может осуществляться с использованием стыков ISDN. В этом случае на центральном узле должна использоваться цифровая ISDN-станция, а абоненты могут быть подключены по стыкам BRI или PRI.

Стоит ли вкладывать деньги в АТМ?

Если оператор сети общего пользования заботится о дальнейшем росте и развитии своего детища, то без сомнения его взгляд должен быть обращен в первую очередь на технологию АТМ.

Хотя на скоростях уровня 2 Мбит/c применение режима асинхронной передачи менее оправданно, чем на скоростях свыше 100 Мбит/c, тем не менее с точки зрения дальнейшего роста и развития сети технология АТМ открывает широчайшее поле деятельности. Но здесь возникает проблема, связанная с дальнейшим развитием сети общего пользования. С одной стороны, устанавливать мощные АТМ-коммутаторы на каналы, имеющие сравнительно невысокую пропускную способность, неэкономично, но, с другой стороны, нужно предусмотреть возможность дальнейшего наращивания мощности сети.

Выход из создавшейся ситуации нашли производители соответствующего оборудования. Так, например, компания Northern Telecom предлагает своим потребителям наращиваемые ATM-коммутаторы, достаточно эффективно работающие и на невысоких (порядка 2 Мбит/c) скоростях. Ниже приводится краткое описание функциональных возможностей разработанной компанией Northern Telecom системы Magellan Passport.

Как построить АТМ-сеть на базе оборудования Northern Telecom

Аппаратура системы Magellan Passport предоставляет возможность передавать информацию со скоростями до 155,52 Мбит/c. Система приоритетов Magellan Multiple Priority System (MPS) обеспечивает гибкость в управлении различными видами трафика.

Для операторов сети общего пользования наиболее интересны три модели АТМ-коммутаторов линии Magellan: Passport 160, Passport 50 и Passport 30. Эти модели различаются количеством рабочих процессоров (Functional Proccessing), которые можно установить в одном рабочем блоке. Рабочий процессор представляет собой карту, выполняющую какую-либо функцию и встраиваемую в рабочий блок (стойку) системы Magellan Passport.

При передаче речевых сообщений предусмотрены такие функции, как оперативное подавление голоса, подавление тишины, оперативное выделение полосы пропускания. В системе могут использоваться различные варианты сигнализации. Специальные методы сжатия речевых данных обеспечивают возможность одновременной передачи 240 телефоных разговоров по одному каналу Е17.

Весьма интересными являются рабочие процессоры, позволяющие выполнять функции IP-маршрутизатора, аналогичные функциям устройств фирмы Cisco. В один рабочий блок Passport 30 может встраиваться до трех рабочих процессоров, в рабочий блок Passport 50  -  до пяти, а в рабочий блок Passport 160  -  до семи рабочих процессоров.

Еще более мощными в линии продуктов Magellan являются коммутаторы Vector.

А начал ли кто-нибудь?..

Построение высокоскоростной сети общего пользования начало ЗАО РОСПАК, оператор одноименной сети общего пользования, дочернее предприятие АО “Ростелеком”. АТМ-узлы сети РОСПАК будут оборудованы аппаратурой Northern Telecom. Сначала они будут введены в действие в Самаре и Омске, затем в Нижнем Новгороде и Красноярске.

В работе ЗАО РОСПАК опирается на своих партнеров, большинство из которых являются подразделениями АО “Ростелеком” и региональными отделениями АО “Электросвязь”. Все партнеры ЗАО РОСПАК получают доверенность на предоставление от его имени услуг в любом регионе России, что освобождает их от необходимости оформлять собственные лицензии на оказание услуг передачи данных и телематических служб, а также на право предоставления в аренду каналов связи и услуг местной и междугородной связи.

Что должен знать пользователь о структуре сети?

Пользователь, заказавший любую услугу у оператора сети общего пользования, обычно (если, конечно, это не является объектом его, например, диссертационной работы) не должен ничего знать об архитектуре сети, через которую он передает информацию. Пользователь, заказавший, скажем, прозрачное соединение, может даже не подозревать о том, что на каком-то участке, допустим в пределах города, используется технология TDM, а при передаче информации между регионами ресурсами канала распоряжается режим асинхронной передачи. Оборудование, устанавливаемое оператором сети, должно быть выбрано таким образом, чтобы процедура предоставления услуги не зависела от внутренней структуры сети.

В создаваемой ЗАО РОСПАК высокоскоростной цифровой сети общего пользования будут присутствовать как АТМ-фрагменты, построенные на аппаратуре Northern Telecom, так и фрагменты, осуществляющие передачу данных в режиме TDM. Последние будут построены на оборудовании Newbridge Networks. Однако процедура предоставления таких услуг, как ретрансляция кадров, режим прозрачного соединения, доступ в Интернет и т. п., будет везде одинакова.

Последняя миля

Установкой АТМ- или TDM-оборудования, к сожалению, не исчерпывается тот круг задач, который должен решить оператор сети общего пользования. Здесь весьма важным является вопрос последней мили.

В крупных городах проблема организации внутригородских высокоскоростных каналов связи в какой-то степени уже решена. Архитектура опорной внутригородской высокоскоростной цифровой сети аналогична архитектуре высокоскоростной межрегиональной опорной цифровой сети. На первом уровне используется технология SDH, а на втором  -  режим асинхронной передачи.

Операторы сетей общего пользования в России, как правило, самостоятельно не ведут прокладку волоконно-оптических кабелей внутри города. Для решения проблемы последней мили обычно они пользуются услугами компаний  -  операторов городских опорных высокоскоростных цифровых сетей. В свою очередь, операторы городских опорных сетей обычно не предоставляют услуги в других географических регионах. Вот почему и те, и другие активно ищут различные формы сотрудничества.

Но городские высокоскоростные цифровые сети проложены не везде, поэтому часто для подключения клиента в регионе наиболее интересным решением бывает подключение его по радиоканалу. Правда, здесь возникает много проблем организационного характера. Например, при создании радиоканала оператор сети общего пользования должен иметь разрешение Государственной комиссии по радиочастотам при Министерстве связи РФ на использование радиочастот определенного диапазона в том регионе, где устанавливается радиоаппаратура передачи данных. Но и наличие этого разрешения не является основанием для установки радиопередающей аппаратуры, так как необходимо выполнить процедуру согласования на электромагнитную совместимость, а затем подготовить и утвердить проектную документацию.

Одним из операторов сетей общего пользования, имеющих разрешение на использование радиочастот в пределах полосы пропускания 2400 - 2483,5 МГц на территории всей России, является ЗАО РОСПАК. В настоящее время эта организация развивает беспроводную внутригородскую сеть в нескольких городах, а также участвует в подготовке пакета документов, упрощающих и ускоряющих процедуру выполнения всех согласований при подключении абонента по радиоканалу.

Что означает сквозное управление сетью?

Сквозное управление подразумевает возможность дистанционного управления любым устройством, подключенным к сети, отслеживания сбоев и отказов в работе оборудования в любой точке сети. Если сеть общего пользования предоставляет возможность сквозного управления, то ее региональный представитель или клиент, подключивший к сети свою аппаратуру, может при желании полностью передать все вопросы, связанные с управлением, диагностикой работы своих устройств и сбором статистики, оператору этой сети.

Как обеспечить сквозное управление сетью? Для этого оператор должен иметь мощный центр управления, позволяющий обслуживающему персоналу видеть состояние любого порта, подключенного к сети. Управление сетью должно осуществляться по какому-либо стандартному протоколу. Так, например, корпорация Newbridge Network предлагает в качестве центра управления использовать интеллектуальную сетевую станцию 46020 MainStreet.

Это устройство использует протоколы общепринятых международных стандартов, в частности SNMP и CMIP (Common Management Information Protocol), что позволяет осуществлять управление локальными и глобальными сетями, построенными на основе оборудования различных производителей. Интеллектуальная сетевая станция 46020 MainStreet, работающая под управлением ОС Solaris, создана на базе системы Informix Dynamic Scalable Architecture в соответствии с клиент-серверной архитектурой. Благодаря интеграции со стандартными программно реализованными платформами, такими, как HP OpenView, оператор сети может использовать программы третьих фирм.

Для управления АТМ-сетью применяется сетевой менеджер компании Northern Telecom с аналогичными функциями.

С авторами статьи можно связаться по телефону: (095) 229-6051 или по Web-адресу: market@nmc. rospac.ru.    

Ретрансляция кадров

Услуга ретрансляции кадров включает в себя аренду портов доступа и организацию виртуальных каналов для передачи информации. Виртуальные каналы могут быть проложены между любыми портами доступа сети. Так, например, возможна организация виртуального канала между пользователем и поставщиком информационных услуг. Пользователь выбирает гарантированную скорость передачи информации по виртуальному каналу (CIR) и пропускную способность портов доступа. Пропускная способность портов может быть больше величины гарантированной скорости. Поэтому в зависимости от загрузки канала связи пользователь в некоторые моменты времени получает возможность работать со скоростью, превышающей гарантированную. Тогда нижний предел реальной скорости передачи информации пользователя будет равен величине гарантированной скорости, а верхний будет определяться пропускной способностью порта доступа.

Стоимость услуги ретрансляции кадров складывается из ежемесячной абонентной платы за каждый порт доступа и ежемесячной платы за каждый виртуальный канал пользователя, проложенный в сети. Величина абонентной платы за порт доступа зависит от пропускной способности порта, а размер ежемесячной абонентной платы за виртуальный канал определяется величиной гарантированной скорости.

Некоторые компании предлагают услугу ретрансляции кадров без гарантированной скорости, что дает пользователю возможность сэкономить на оплате виртуальных каналов.

***

Каждый голосовой канал использует скорость передачи 64 кбит/c. По одному каналу Е1 без сжатия одновременно можно передавать 32 телефонных разговора. Рабочий процессор Nortel Magellan Passport обеспечивает сжатие речевых сообщений в восемь  раз (коэффициент сжатия 8).

Особенности АТМ

Основная идея АТМ заключается в следующем: когда ресурсы сети не занимают пользователи, передающие критичную к задержкам информацию, например голос, передаются ячейки данных от тех пользователей, для которых время задержки не играет большой роли, как, допустим, в случае передачи IP-трафика. Если во время передачи некритичной к задержкам информации пользователь, передающий голосовые сообщения, затребует ресурсы канала связи, то передача IP-трафика будет временно прекращена. Однако передачу отдельной ячейки прервать невозможно: на ее завершение потребуется некоторое время. Если ячейка имеет фиксированный размер, то и это время будет фиксированным и его максимальная величина фактически будет определяться временем прохождения ячейки по каналу связи. В том случае, когда размер ячейки переменный, время ожидания завершения процесса ее передачи будет зависеть от размера передаваемой в конкретный момент времени ячейки, что не слишком хорошо отразится на передаче голосового трафика. Для реализации ATM-технологии был выбран малый размер ячейки  53 байта.

***

В режиме прозрачного соединения для связи двух удаленных устройств пользователю предоставляется в аренду канал передачи данных, на абонентских окончаниях которого устанавливаются специальные терминальные устройства DTU (Data Termination Unit). Режим прозрачного соединения наиболее часто используется при организации выделенного канала от места установки оборудования клиента до места установки оборудования компании  оператора связи. Так, например, режим прозрачного соединения используют для подключении к сетям Х.25 или выхода в Интернет по выделенному каналу. Многие компании, предоставляющие в Москве режим прозрачного соединения, обеспечивают подключение со скоростями до 2 Мбит/с.