Концепция мультисервисных сетей

Введение

 

Маршрутизация на сегодняшний день определяется не формальными правилами и описаниями, характерными для сетей предыдущих поколений, а требованиями клиента и экономическими соображениями оператора связи. Чтобы оптимизировать работу сетей, разрабатываются различные методы маршрутизации, обеспечивающие сбалансированную нагрузку всех сетевых ресурсов. Среди зарубежных ученых, изучающих данную проблему, стоит особо выделить D. Awduche, J. Malcolm, J. Agogbua, M. O'Dell, J. McManus, S. Hiroyuki, M. Yasuhiro, Y. Makiko и др.

Чтобы успешно передать по сети потоки информации самого различного рода необходимо, чтобы алгоритм маршрутизации учитывал требования, предъявляемые данными потоками к уровню качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Для этого весь трафик подразделяют на классы сервиса. И тогда маршрутизация по всей сети будет осуществляться в соответствии с классом сервиса каждого отдельного потока. В России вопросами маршрутизации и смежными с ними проблемами занимаются Б.С. Гольдштейн, В.М. Вишневский, Ю.А. Семенов, В.Н. Тарасов, А.В. Росляков и др.

Для получения оптимального решения необходимо одновременное рассмотрение всех потоков на полном множестве маршрутов. Однако в мультисервисных сетях с большим количеством узлов размер задачи маршрутизации при этом может оказаться весьма существенным, что не позволит решить ее за приемлемое время. Поэтому задача разработки новых методов адаптивной маршрутизации является актуальной.

Маршрутизация - это один из важнейших механизмов передачи пакетов по компьютерным сетям. Маршрутизация решает две задачи: борьба с перегрузками узлов сети и поиск кратчайших путей для передачи пакетов. Основные факторы, влияющие на выбор маршрутизатором пути - это неисправности (когда узел или канал связи выходят из строя) и перегрузки (когда какой-либо участок сети оказывается перегруженным и желательно перенаправление пакетов в обход).

Существуют два больших класса алгоритмов маршрутизации: статические и динамические. Статические алгоритмы принимают решение только на основе данных, которые не меняются с течением времени. Динамические алгоритмы постоянно обновляют свои локальные структуры для оптимизации выбора маршрутов. Наиболее оптимальное решение о выборе маршрута могут найти только динамические (адаптивные) алгоритмы маршрутизации.

Чтобы адаптивная маршрутизация была возможна, узлы должны обмениваться информацией о состоянии сети. Чем больше объем информации, которой обмениваются узлы, и чем чаще происходит обмен информацией, тем выше качество принимаемых узлами решений о выборе маршрутов. Однако, сама эта информация оказывает определенную нагрузку на сеть, вызывая снижение производительности. Это противоречие есть главная проблема адаптивной маршрутизации (или маршрутизации, вообще).

 

Мультисервисные сети

 

В настоящее время построение мультисервисных сетей с интеграцией различных услуг является одним из наиболее перспективных направлений развития сетей. Основная задача мультисервисных сетей заключается в обеспечении сосуществования и взаимодействия разнородных коммуникационных подсистем в единой транспортной среде, когда для передачи обычного трафика (данных) и трафика реального времени (голоса и видео) используется единая инфраструктура.

Мультисервисная сеть - это единая сеть, способная передавать голос, видеоизображения и данные. Основным стимулом появления и развития мультисервисных сетей является стремление уменьшить стоимость владения, поддержать сложные, насыщенные мультимедиа прикладные программы и расширить функциональные возможности сетевого оборудования.

Предпосылки к появлению NGN.

Изначально, для передачи различных типов информации, строились отдельные (ведомственные) сети связи: Телефонная сеть, телеграфная сеть, сети передачи данных и пр. Во второй половине XX века появилась идея объединить все ведомственные сети связи в одну. Таким образом была создана концепция сетей ISDN. Объединяющей сетью ISDN-сети является Телефонная Сеть Общего Пользования.

Но в конце XX века из-за различных причин (дороговизна ISDN-оборудования, бурное развитие IP-сетей, появление новых приложений и услуг) идея формирования глобальной сети ISDN потерпела неудачу. На смену концепции сетей ISDN, пришла концепция Сетей Следующего Поколения, NGN. В отличие от сети ISDN, сеть NGN опирается на сеть передачи данных на базе IP-протокола.

Согласно простейшему определению, сеть NGN - это открытая,

стандартная пакетная инфраструктура, которая способна эффективно поддерживать всю гамму существующих приложений и услуг, обеспечивая необходимую масштабируемость и гибкость, позволяя реагировать на новые требования по функциональности и пропускной способности.

Основное отличие сетей следующего поколения от традиционных сетей в том, что вся информация, циркулирующая в сети, разбита на две составляющие. Это сигнальная информация, обеспечивающая коммутацию абонентов и предоставление услуг, и непосредственно пользовательские данные, содержащие полезную нагрузку, предназначенную абоненту (голос, видео, данные). Пути прохождения сигнальных сообщений и пользовательской нагрузки могут не совпадать.

Сети NGN базируются на интернет технологиях включающих в себя IP протокол и технологию MPLS. На сегодняшний день разработано несколько подходов к построению сетей IP-телефонии, предложенных организациями ITU-T и IETF: H.323, SIP и MGCP

Первый в истории подход к построению сети IP-телефонии на стандартизованной основе предложен Международным союзом электросвязи в рекомендации Н.323. Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как наложенные на сети передачи данных сети ISDN. Например, процедура установления соединения в данных сетях базируется на Рекомендации ITU-T Q.931.

Изначально предпочтение отдавалось протоколу H.323, но после выявления ряда проблем с NAT traversal и «local loop», более широкое применение стал получать протокол SIP. На данный момент протокол SIP широко применяется для предоставления VoIP услуг.

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является именно его независимость от транспортных технологий.

Третий метод построения сетей NGN связан с принципом декомпозиции шлюзов. При использовании протокола MGCP, каждый шлюз разбивается на три функциональных блока:

§ Media Gateway - отвечает за передачу пользовательских данных

§ Signalling Gateway - отвечает за передачу сигнальной информации

§ Call Agent - устройство управления, где заключен весь интеллект декомпозированного шлюза.

При построении сети NGN, может использоваться как отдельный подход, так и их сочетание.

 

Требования к мультисервисным сетям

 

Мультисервисные сети позволяют операторам расширить свои сетевые магистрали в направлении предоставления новых сервисов, предлагая дополнительные услуги для широкого круга корпоративных клиентов. Под мультисервисными сетями мы понимаем предоставление разнородных телекоммуникационных услуг по единой инфраструктуре передачи данных.

Когда речь заходит о реализации мультисервисных сетей, обычно подлежат рассмотрению четыре технических вопроса: пропускная способность, задержка, рассинхронизация, управление.

Растущий спрос на новые виды широкополосных передач данных, потребность в доступе к Интернету в условиях жесткой конкуренции вынуждает провайдеров расширять диапазон услуг, снижать расходы на инфраструктуру и прочее. Таким образом, нужна платформа, способная предложить комплексное решение, позволяющее предоставлять широкий спектр услуг: АТМ, Frame Relay, Internet, IP, передачи голоса и видеосигнала с гарантированным качеством обслуживания (QoS) и максимальной готовностью. При этом клиент становится абонентом недорогих и надежных служб от одного поставщика, получает высокоскоростной доступ к Интернету, имеет возможность вносить изменения в набор услуг и служб и оплачивает только один счет.

Что касается проектирования сети, то мультисервисные сети требуют совершенно иного подхода. Доставка видео и голоса должна осуществляться в реальном времени - с необходимостью приоритетности в случае перегрузок транспортной сети. Однако сетевая индустрия никогда не ориентировалась на сети реального времени, данные доставлялись в соответствии с возможностями сети в конкретный промежуток времени.

Заключение

 

В данной выпускной квалификационной работе рассматриваются такие темы как:

1. Мультисервисные сети

2. Маршрутизация в мультисервисных сетях

.   Динамическая маршрутизация

Использование динамической маршрутизации уместно в средних и крупных сетях с разветвленной и неоднородной топологией. Определенную поддержку здесь оказывают стандартные демоны либо специально разработанные утилиты, при помощи которых возможно создавать достаточно сложные конфигурации маршрутов. При этом в зависимости от поставленной задачи необходимо учитывать преимущества и недостатки каждого из протоколов динамической маршрутизации, выбранных для наиболее оптимального решения.

 

Список использованной литературы

мультисервисный архитектура сеть алгоритм

1. http://ru.wikipedia.org

2. Методы маршрутизации на цифровых широкополосных сетях связи, Новиков С.Н., Новосибирск

. http://chernykh.net

. www.nstel.ru

5. www.compress.ru

Введение

 

Маршрутизация на сегодняшний день определяется не формальными правилами и описаниями, характерными для сетей предыдущих поколений, а требованиями клиента и экономическими соображениями оператора связи. Чтобы оптимизировать работу сетей, разрабатываются различные методы маршрутизации, обеспечивающие сбалансированную нагрузку всех сетевых ресурсов. Среди зарубежных ученых, изучающих данную проблему, стоит особо выделить D. Awduche, J. Malcolm, J. Agogbua, M. O'Dell, J. McManus, S. Hiroyuki, M. Yasuhiro, Y. Makiko и др.

Чтобы успешно передать по сети потоки информации самого различного рода необходимо, чтобы алгоритм маршрутизации учитывал требования, предъявляемые данными потоками к уровню качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Для этого весь трафик подразделяют на классы сервиса. И тогда маршрутизация по всей сети будет осуществляться в соответствии с классом сервиса каждого отдельного потока. В России вопросами маршрутизации и смежными с ними проблемами занимаются Б.С. Гольдштейн, В.М. Вишневский, Ю.А. Семенов, В.Н. Тарасов, А.В. Росляков и др.

Для получения оптимального решения необходимо одновременное рассмотрение всех потоков на полном множестве маршрутов. Однако в мультисервисных сетях с большим количеством узлов размер задачи маршрутизации при этом может оказаться весьма существенным, что не позволит решить ее за приемлемое время. Поэтому задача разработки новых методов адаптивной маршрутизации является актуальной.

Маршрутизация - это один из важнейших механизмов передачи пакетов по компьютерным сетям. Маршрутизация решает две задачи: борьба с перегрузками узлов сети и поиск кратчайших путей для передачи пакетов. Основные факторы, влияющие на выбор маршрутизатором пути - это неисправности (когда узел или канал связи выходят из строя) и перегрузки (когда какой-либо участок сети оказывается перегруженным и желательно перенаправление пакетов в обход).

Существуют два больших класса алгоритмов маршрутизации: статические и динамические. Статические алгоритмы принимают решение только на основе данных, которые не меняются с течением времени. Динамические алгоритмы постоянно обновляют свои локальные структуры для оптимизации выбора маршрутов. Наиболее оптимальное решение о выборе маршрута могут найти только динамические (адаптивные) алгоритмы маршрутизации.

Чтобы адаптивная маршрутизация была возможна, узлы должны обмениваться информацией о состоянии сети. Чем больше объем информации, которой обмениваются узлы, и чем чаще происходит обмен информацией, тем выше качество принимаемых узлами решений о выборе маршрутов. Однако, сама эта информация оказывает определенную нагрузку на сеть, вызывая снижение производительности. Это противоречие есть главная проблема адаптивной маршрутизации (или маршрутизации, вообще).

 

Мультисервисные сети

 

В настоящее время построение мультисервисных сетей с интеграцией различных услуг является одним из наиболее перспективных направлений развития сетей. Основная задача мультисервисных сетей заключается в обеспечении сосуществования и взаимодействия разнородных коммуникационных подсистем в единой транспортной среде, когда для передачи обычного трафика (данных) и трафика реального времени (голоса и видео) используется единая инфраструктура.

Мультисервисная сеть - это единая сеть, способная передавать голос, видеоизображения и данные. Основным стимулом появления и развития мультисервисных сетей является стремление уменьшить стоимость владения, поддержать сложные, насыщенные мультимедиа прикладные программы и расширить функциональные возможности сетевого оборудования.

Предпосылки к появлению NGN.

Изначально, для передачи различных типов информации, строились отдельные (ведомственные) сети связи: Телефонная сеть, телеграфная сеть, сети передачи данных и пр. Во второй половине XX века появилась идея объединить все ведомственные сети связи в одну. Таким образом была создана концепция сетей ISDN. Объединяющей сетью ISDN-сети является Телефонная Сеть Общего Пользования.

Но в конце XX века из-за различных причин (дороговизна ISDN-оборудования, бурное развитие IP-сетей, появление новых приложений и услуг) идея формирования глобальной сети ISDN потерпела неудачу. На смену концепции сетей ISDN, пришла концепция Сетей Следующего Поколения, NGN. В отличие от сети ISDN, сеть NGN опирается на сеть передачи данных на базе IP-протокола.

Согласно простейшему определению, сеть NGN - это открытая,

стандартная пакетная инфраструктура, которая способна эффективно поддерживать всю гамму существующих приложений и услуг, обеспечивая необходимую масштабируемость и гибкость, позволяя реагировать на новые требования по функциональности и пропускной способности.

Основное отличие сетей следующего поколения от традиционных сетей в том, что вся информация, циркулирующая в сети, разбита на две составляющие. Это сигнальная информация, обеспечивающая коммутацию абонентов и предоставление услуг, и непосредственно пользовательские данные, содержащие полезную нагрузку, предназначенную абоненту (голос, видео, данные). Пути прохождения сигнальных сообщений и пользовательской нагрузки могут не совпадать.

Сети NGN базируются на интернет технологиях включающих в себя IP протокол и технологию MPLS. На сегодняшний день разработано несколько подходов к построению сетей IP-телефонии, предложенных организациями ITU-T и IETF: H.323, SIP и MGCP

Первый в истории подход к построению сети IP-телефонии на стандартизованной основе предложен Международным союзом электросвязи в рекомендации Н.323. Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как наложенные на сети передачи данных сети ISDN. Например, процедура установления соединения в данных сетях базируется на Рекомендации ITU-T Q.931.

Изначально предпочтение отдавалось протоколу H.323, но после выявления ряда проблем с NAT traversal и «local loop», более широкое применение стал получать протокол SIP. На данный момент протокол SIP широко применяется для предоставления VoIP услуг.

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является именно его независимость от транспортных технологий.

Третий метод построения сетей NGN связан с принципом декомпозиции шлюзов. При использовании протокола MGCP, каждый шлюз разбивается на три функциональных блока:

§ Media Gateway - отвечает за передачу пользовательских данных

§ Signalling Gateway - отвечает за передачу сигнальной информации

§ Call Agent - устройство управления, где заключен весь интеллект декомпозированного шлюза.

При построении сети NGN, может использоваться как отдельный подход, так и их сочетание.

 

Концепция мультисервисных сетей

мультисервисный архитектура сеть алгоритм

Концепция мультисервисности содержит несколько аспектов, относящихся к различным сторонам построения сети.

Во-первых, конвергенция загрузки сети, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единого формата представления данных. Например, в настоящее время передача аудио- и видеотрафика происходит в основном через сети, ориентированные на коммутацию каналов, а передача данных - по сетям с коммутацией пакетов. Конвергенция загрузки сети определяет тенденцию использования сетей с коммутацией пакетов для передачи и аудио- и видеопотоков, и собственно данных сетей. Однако это не отрицает требования дифференцирования трафика в соответствии с предоставляемым качеством услуг.

Во-вторых, конвергенция протоколов, определяющая переход от множества существующих сетевых протоколов к общему (как правило, IP). В то время как существующие сети предназначены для управления множеством протоколов, таких как IP, IPX, AppleTalk, и одного типа данных, мультисервисные сети ориентируются на единый протокол и различные сервисы, требующиеся для поддержки различных типов трафика.

В-третьих, физическая конвергенция, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единой сетевой инфраструктуры. И мультимедийный, и голосовой трафики могут быть переданы с использованием одного и того же оборудования с учетом различных требований к полосе пропускания, задержкам и «дрожанию» частоты. Протоколы резервирования ресурса, формирования приоритетных очередей и качества обслуживания (QоS) позволяют дифференцировать услуги, предоставляемые для различных видов трафика.

В-четвертых, конвергенция устройств, определяющая тенденцию построения архитектуры сетевых устройств, способной в рамках единой системы поддерживать разнотипный трафик. Так, коммутатор поддерживает коммутацию Ethernet-пакетов, IP-маршрутизацию и соединения АТМ. Устройства сети могут обрабатывать данные, передаваемые в соответствии с общим протоколом сети (например, IP) и имеющие различные сервисные требования (например, гарантии ширины полосы пропускания, задержку и др.). Кроме того, устройства могут поддерживать как Web-ориентированные приложения, так и пакетную телефонию.

В-пятых, конвергенция приложений, определяющая интеграцию различных функций в рамках единого программного средства. Например, Web-браузер позволяет объединить в рамках одной страницы мультимедиа-данные типа звукового, видеосигнала, графики высокого разрешения и др.

В-шестых, конвергенция технологий выражает стремление к созданию единой общей технологической базы для построения сетей связи, способной удовлетворить требованиям и региональных сетей связи, и локальных вычислительных сетей. Такая база уже существует: например, асинхронная система передачи (АТМ) может использоваться для построения как региональных, так и локальных вычислительных сетей.

В-седьмых, организационная конвергенция, предполагающая централизацию служб сетевых, телекоммуникационных, информационных под управлением менеджеров высшего звена, например, в лице вице-президента. Это обеспечивает необходимые организаторские предпосылки для интегрирования голоса, видеосигнала и данных в единой сети.

Все перечисленные аспекты определяют различные стороны проблемы построения мультисервисных сетей, способных передавать трафик различного типа как в периферийной части сети, так и в ее ядре.

 

Требования к мультисервисным сетям

 

Мультисервисные сети позволяют операторам расширить свои сетевые магистрали в направлении предоставления новых сервисов, предлагая дополнительные услуги для широкого круга корпоративных клиентов. Под мультисервисными сетями мы понимаем предоставление разнородных телекоммуникационных услуг по единой инфраструктуре передачи данных.

Когда речь заходит о реализации мультисервисных сетей, обычно подлежат рассмотрению четыре технических вопроса: пропускная способность, задержка, рассинхронизация, управление.

Растущий спрос на новые виды широкополосных передач данных, потребность в доступе к Интернету в условиях жесткой конкуренции вынуждает провайдеров расширять диапазон услуг, снижать расходы на инфраструктуру и прочее. Таким образом, нужна платформа, способная предложить комплексное решение, позволяющее предоставлять широкий спектр услуг: АТМ, Frame Relay, Internet, IP, передачи голоса и видеосигнала с гарантированным качеством обслуживания (QoS) и максимальной готовностью. При этом клиент становится абонентом недорогих и надежных служб от одного поставщика, получает высокоскоростной доступ к Интернету, имеет возможность вносить изменения в набор услуг и служб и оплачивает только один счет.

Что касается проектирования сети, то мультисервисные сети требуют совершенно иного подхода. Доставка видео и голоса должна осуществляться в реальном времени - с необходимостью приоритетности в случае перегрузок транспортной сети. Однако сетевая индустрия никогда не ориентировалась на сети реального времени, данные доставлялись в соответствии с возможностями сети в конкретный промежуток времени.