Современная сеть передачи данных (СПД) обеспечивает предоставление большого спектра услуг:
- высокоскоростной и широкополосной доступ в интернет;
- доступ к специализированным системам;
- организация корпоративных СПД;
- организация виртуальных частных сетей (VPN);
- предоставление сетевых сервисов виртуальных соединений;
- передача голоса с использованием технологий VoIP, Web-Хостинг и др.
Сегодня СПД является сложной организационно-технической системой, следовательно, должна обеспечивать бесперебойную полноценную функциональность всех компонентов и гарантировать предоставление услуг пользователям независимо от времени суток.
СПД – это совокупность оконечных устройств связи, объединенных каналами связи и коммутируемыми устройствами (узлами сети), обеспечивающие обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами [В.И. Нейман, Системы и сети передачи данных на ж.д. транспорте, М.: Маршрут, 2005 – 470 с.].
К средствам СПД относятся узлы связи, объединенные каналами связи.
Канал связи – совокупность аппаратных и программных средств, служащих для организации передачи конкретного вида сообщений по линии связи от отправителя к получателю [Нейман, системы с сети передачи данных, 2005].
Рис. Средства сети передачи данных
Линия связи – любая физическая среда, используемая для передачи информации [Нейман, системы с сети передачи данных, 2005].
Существует два типа среды передачи в линии связи: кабельные (электрические и волоконно-оптические), беспроводные (радиолинии и спутниковые линии). В СПД применяются следующие типы электрических кабелей:
витая пара:
- неэкранированная;
- экранированная;
коаксиальный кабель;
- толстый;
- тонкий.
При организации компьютерных сетей широко используются кабельные линии связи (КЛС). На железных дорогах также преимущественно используются КЛС, однако беспроводные линии связи (БЛС) обладают рядом преимуществ: они не подвержены механическим воздействиям в процессе эксплуатации и дают возможность организации подвижной связи.
Основные элементы и характеристики КЛС приведены на ____ рисунке, БЛС на ___ рисунке.
Основными характеристиками электрических КЛС являются:
затухание;
импеданс;
перекрестные наводки между витыми парами на ближнем и дальнем концах проводника;
активное сопротивление;
емкость.
Основные характеристики ВОЛС:
абсолютная разность показателей преломления сердцевины и отражающей оболочки;
относительная разность показателей преломления;
апертура световода;
нормированная частота;
критическая частота;
критическая длина волны;
коэффициент затухания.
Основные характеристики радиоволн:
длина волны;
мощность излучения;
напряженность поля излучения.
Рис. Кабельные линии связи
Рис. Беспроводные линии связи
Транспортные системы на основе выделенных каналов можно разбить на 2 класса: цифровые, аналоговые. Аналоговые транспортные системы реализуются в основном на основе существующих телефонных каналов. Цифровые системы могут работать на основе технологий: плезиохронные (PDH), синхронные (SDH), асинхронные (ATM). Основными технологиями являются PDH и SDH. К существенным недостаткам PDH относятся:
сложность мультиплексирования и демультиплексирования;
отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью, а также процедур поддержки отказоустойчивости;
невысокие по современным меркам скорости передачи данных.
SDH – основанная на волоконно-оптических каналах интегрированная сеть связи, позволяющая передавать все виды трафика и обеспечивающая:
использование синхронной передачи с побайтовым чередованием при мультиплексировании;
использование стандартного периода повторения кадров 125 мкс;
включение в иерархию большого числа уровней;
использование технологии инкапсуляции протоколов в виде виртуальных контейнеров, их упаковки и транспортировки, позволяющие загружать и переносить в них кадры PDH.
Основными средствами цифровой системы передачи данных являются мультиплексоры, демультиплексоры и модемы.
Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.
Приняты два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор (TM) и мультиплексор ввода/вывода (ADM). TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии. TM может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса. ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор. Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. В рекомендации МСЭ-Т G.782 приведены типы мультиплексоров и их функции.
Рис. Мультиплексор
Демультиплексор (ДМ) - это логическое устройство, предназначенное переключения сигнала с одного информационного входа на один из информационных выходов. ДМ выполняет следующие операции:
- коммутацию как отдельных линий, так и многоразрядных шин;
- преобразование последовательного кода в параллельный;
- реализации логических функций.
ДМ можно объединять для увеличения количества каналов. При этом число старших адресных разрядов используется дополнительным "ведущим" ДМ, который располагается на первом уровне схемы каскадирования и определяет поочередное включение одного из демультиплексоров второго уровня. ДМ не выпускаются как самостоятельные изделия на интегральных микросхемах. Функцию ДМ обычно реализуют на дешифраторах, имеющих входы стробирования.
Модем – устройство связи, позволяющее компьютеру передавать данные по обычной телефонной линии (рис.___). Интерфейсы для подключения модемов: последовательный интерфейс RS-232; четырех контактный телефонный кабель RJ-11.
Основные функции модема: модуляция и демодуляция сигнала, защита от ошибок, сжатие данных, поддержка телефонии.
На рисунке ___ представлена классификация модемов по:
функциональному назначению: телефонные, телеграфные, сотовые, факс-модемы, кабельные;
конструктивному исполнению: внешние, внутренние;
способу передачи данных: синхронные, асинхронные;
способу реализации протоколов коррекции ошибок и сжатия данных: аппаратные, программные.
Модемы могут работать в одном из следующих режимов, отличающиеся возможностями одновременной работы на прием и передачу:
- полудуплексный (сигнал может быть передан в любом направлении, но не в обоих одновременно);
- дуплексный (сигналы могут быть переданы в обоих направлениях одновременно);
- симплексный (сигнал может быть передан только в одном направлении).
Характеристики модемов:
Скорость передачи данных.
Существуют стандартные скорости и измеряются они в битах в секунду или бодах (бит/с = бод), например 2400, 2800, 9600, 14400, 19200, 26400, 33600, 57600 бит/с.
Протоколы модуляции.
Применительно к модемам, протокол может определять скорость передачи данных, сжатие данных, коррекцию ошибок. Протоколы передачи данных: 1) V.32 (скорость 14400 и меньше). 2) V.34 (скорость 2400 - 33600). 3) V.90 (скорость 28800 - 57600). Протоколы сжатия данных: 1) V.42bis определяет параметры сжатия данных при передаче на другой компьютер и при приеме данных. 2) MNP5. Протоколы коррекции ошибок: MNP3, MNP4.
Внутренние и внешние модемы.
Внутренний модем представляет собой обычную "карту, плату", которая вставляется в слот расширения системной платы (ISA или PCI разъемы). Внешний - находится в родном корпусе, имеет свой блок питания и подключается к компьютеру через последовательный порт (COM) или шину USB. Внешние модемы 1) не зависят от питания компьютера (при сбое внутренние модемы зависают); 2) меньше подвержены воздействию внешних магнитных полей; 3) установка внешнего модема значительно проще установки внутреннего.
Факсмодемы.
Это модемы, способные работать в режиме факса. Прием и передача факсимильных сообщений осуществляется на скорости до 14400 бит/с. Все современные модемы имеют встроенную поддержку факса.
Голосовые модемы.
Это модемы, способные принимать и передавать голосовые сообщения.
Возможность обновления управляющей программы.
Обеспечение качества связи.
Рис. Модем
Узел связи – совокупность технических средств оператора связи, обеспечивающих оказание услуг связи и присоединение к сети общего пользования.
Основными функциями узлов связи являются:
- маршрутизация (выбор направления передачи данных);
- коммутация (установление физического или логического соединения между входными и выходными портами узла).
Технические средства узла связи различаются на пассивные (концентратор) и активные (коммутатор, маршрутизатор, шлюз).
Концентратор – сетевое устройство, используемое в сетях на витой паре,в котором концентрируются идущие от рабочих станций отрезки кабеля [Алиев, Сети ЭВМ].
В зависимости от области применения этого устройства в значительной степени изменяется состав его функций и конструктивное исполнение. Неизменной остается только основная функция - это повторение кадра либо на всех портах (как определено в стандарте Ethernet), либо только на некоторых портах, в соответствии с алгоритмом, определенным соответствующим стандартом.
Концентратор объединяет отдельные физические сегменты сети в единую разделяемую среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с одним из рассмотренных протоколов локальных сетей.
На конструктивное устройство концентраторов большое влияние оказывает их область применения. Концентраторы рабочих групп чаще всего выпускаются как устройства с фиксированным количеством портов, корпоративные концентраторы - как модульные устройства на основе шасси, а концентраторы отделов могут иметь стековую конструкцию. Такое деление не является жестким, и в качестве корпоративного концентратора может использоваться, например, модульный концентратор.
Концентратор с фиксированным количеством портов – это наиболее простое конструктивное исполнение, когда устройство представляет собой отдельный корпус со всеми необходимыми элементами (портами, органами индикации и управления, блоком питания), и эти элементы нельзя заменить. Обычно все порты такого концентратора поддерживают одну среду передачи, общее количество портов изменяется от 4-8 до 24. Один порт может быть специально выделен для подключения концентратора к магистрали сети или же для объединения концентраторов (в качестве такого порта часто используется порт с интерфейсом AUI, в этом случае применение соответствующего трансивера позволяет подключить концентратор к практически любой физической среде передачи данных).
Модульный концентратор выполняется в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, устанавливаемых на общее шасси. Часто такие концентраторы являются многосегментными, тогда в пределах одного модульного концентратора работает несколько несвязанных между собой повторителей. Для модульного концентратора могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Часто агент протокола SNMP выполняется в виде отдельного модуля, при установке которого концентратор превращается в интеллектуальное устройство.
Модульные концентраторы позволяют более точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигурацию концентратора, а также гибко и с минимальными затратами реагировать на изменения конфигурации сети. Ввиду ответственной работы, которую выполняют корпоративные модульные концентраторы, они снабжаются модулем управления, системой терморегулирования, избыточными источниками питания и возможностью замены модулей "на ходу".
Для сетей средних размеров большую популярность завоевали стековые концентраторы. Стековые концентраторы могут поддерживать различные физические среды передачи, что делает их почти такими же гибкими, как и модульные концентраторы, но при этом стоимость этих устройств в расчете на один порт получается обычно ниже, так как сначала предприятие может купить одно устройство без избыточного шасси, а потом нарастить стек еще несколькими аналогичными устройствами. Стековые концентраторы, выпускаемые одним производителем, выполняются в едином конструктивном стандарте, что позволяет легко устанавливать их друг на друга, образуя единое настольное устройство, или помещать их в общую стойку.
Характеристики сетевого концентратора:
Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 12, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы с большим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.
Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.
Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля.
Тип питания — концентраторы без внешнего питания называются «пассивными», с внешним питанием — «активными». Пассивные сетевые концентраторы до сих пор нередко применяются для построения малых сетей в условиях частого отключения электричества (при условии наличия у всех рабочих станций автономного питания — например, если они являются портативными компьютерами).
Модульно-стековые концентраторы представляют собой модульные концентраторы, объединенные специальными связями в стек. Как правило, корпуса таких концентраторов рассчитаны на небольшое количество модулей (1-3). Эти концентраторы сочетают достоинства концентраторов обоих типов.
Рис. Концентратор
Коммутатор – устройство, принимающее решение о продвижении пакетов на основании заголовков протоколов 2-го уровня, то есть протоколов типа Ethernet или FDDI.
Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором:
маршрутизация (routing) виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера;
консолидация или объединение (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора/хаба;
трансляция (translation) потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи "точка - мультиточка";
сортировка или перегруппировка (drooming) виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;
доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования;
ввод/вывод (drop/insert) виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода.
Коммутатор может работать в двух режимах:
с полной буферизацией кадра (анализ заголовка поступающего кадра начинается только после того, как кадр будет полностью принят во входной буфер);
на лету (анализ заголовка поступающего кадра начинается сразу же после того, как во входной буфер принят заголовок кадра, не ожидая завершения приема целиком всего кадра, что позволяет еще больше сократить задержку кадра в коммутаторе).
При создании масштабируемой, надежной и доступной по цене объединенной сети компания Cisco определяет три уровня иерархии, как показано на рисунке __.
На рисунке __ представлены типы коммутаторов для каждого уровня иерархической модели.
Коммутаторы уровня доступа предоставляют каналы конечным пользователям и отдельные каналы доступа для настольных компьютеров, сетевых принтеров и других сетевых устройств. Предназначены для обеспечения высокой плотности портов, создания для клиентов соединений средней скорости и предоставления широкого перечня дополнительных средств в соответствии с потребностями каждого отдельного клиента.
Коммутаторы распределительного уровня предоставляют создаваемые каналы уровня доступа, которые предоставляют эти каналы клиентам. Средства коммутации являются компонентами разделения локального трафика от удаленного, распределяют трафик по приоритетам с учетом требований к пропускной способности. Предназначены для коммутации в диапазоне от умеренно высокой до высокой скорости с поддержкой ряда средств.
Коммутаторы уровня ядра сети обеспечивают коммутацию больших объемов трафика на скорости физической линии или максимально близкой к ней. Такие коммутаторы предназначены для обеспечения высокоскоростной коммутации и характеризуются высокой плотностью гигабитовых или более быстродействующих портов.
Рис. Иерархическая структура сети
Рис. Типы коммутаторов
К основным техническим параметрам, которыми можно оценить коммутатор, построенный с использованием любой архитектуры, является скорость фильтрации и скорость продвижения.
Скорость фильтрации определяет количество кадров в секунду, с которыми коммутатор успевает проделать следующие операции:
- прием кадра в свой буфер;
- нахождения порта для адреса назначения кадра в адресной таблице;
- уничтожение кадра (порт назначения совпадает с портом-источником).
Скорость продвижения, по аналогии с предыдущим пунктом, определяет количество кадров в секунду, которые могут быть обработаны по следующему алгоритму:
- прием кадра в свой буфер,
- нахождения порта для адреса назначения кадра;
- передача кадра в сеть через найденный (по адресной таблице соответствия) порт назначения.
Следующими по значимости техническими параметрами коммутатора будут:
- пропускная способность (throughput);
- задержка передачи кадра.
- размер внутренней адресной таблицы.
- размер буфера (буферов) кадров;
- производительность коммутатора.
Пропускная способность измеряется количеством данных, переданных через порты в единицу времени.
Задержка передачи кадра означает время, прошедшее с момента начала записи кадра в буфер входного порта коммутатора, до появления на его выходном порту. Величина задержки очень сильно зависит от способа продвижения кадров. Если применяется метод коммутации "на лету", то задержки невелики и составляют от 10 мкс до 40 мкс, в то время как при полной буферизации - от 50 мкс до 200 мкс (в зависимости от длины кадров). В случае большой загруженности коммутатора (или даже одного из его портов), получается, что даже при коммутации "на лету" большая часть входящих кадров вынужденно буферизируется. Поэтому, наиболее сложные и дорогие модели имеют возможность автоматической смены механизма работы коммутатора (адаптацию) в зависимости от нагрузки и характера трафика.
Размер адресной таблицы (САМ-таблицы). Определяет максимальное количество MAC-адресов, которые содержатся в таблице соответствия портов и МАС-адресов. В технической документации обычно приводится на один порт, как число адресов, но иногда бывает, что указывается размер памяти под таблицу в килобайтах (одна запись занимает не менее 8 кб, и "подменить" число весьма выгодно недобросовестному производителю). Для каждого порта САМ-таблица соответствия может быть разной, и при ее переполнении наиболее старая запись стирается, а новая - заносится в таблицу. Поэтому при превышении количества адресов сеть может продолжить работу, но при этом сильно замедлиться работа самого коммутатора, а подключенные к нему сегменты будут загружены избыточным трафиком.
Объем буфера необходим коммутатору для временного хранения кадров данных в тех случаях, когда нет возможности сразу их передать на порт назначения.
Производительность коммутатора достигает нескольких миллионов кадров в секунду.
Рис. Технические характеристики коммутатора
Маршрутизатор - устройство, принимающее решение о продвижении пакетов на основании заголовков протоколов 3-го уровня, то есть уровня протоколов IP или IPX.
Перед тем, как описать характеристики маршрутизатора перечислим внутренние и физические компоненты. К внутренним компонентам маршрутизатора относятся:
оперативная память, выполняющая функции:
- используется для хранения таблиц маршрутизации;
- хранит кэш протокола ARP;
- содержит быстродействующий кэш;
- отвечает за буферизацию пакетов;
- обеспечивает хранение пакетов;
- обеспечивает временную и рабочую память для файлов конфигурации маршрутизатора при включенном питании;
- содержимое ram-памяти теряется после выключения питания или перезагрузки устройства.
энергозависимая память, выполняющая функции:
- содержит резервную копию файла конфигурации;
- при перезагрузке или после выключения данные в этой памяти не стираются.
Flash-память, выполняющая функции:
- стираемая, перепрограммируемая память, которая обычно работает только в режиме чтения;
- содержит образ операционной системы и микрокод;
- позволяет обновлять программное обеспечение без извлечения и перемещения чипа на процессоре;
- содержит данные, которые при перезагрузке или завершении работы маршрутизатора не уничтожаются.
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), выполняющее функции:
- содержит код команд самотестирования при включении питания;
- содержит программы начальной загрузки и основное программное обеспечение операционной системы;
- для обновления программного обеспечения в пзу требуется замена подключаемого чипа на системной плате устройства.
интерфейсы, выполняющие функции:
- сетевое соединение, через которое пакеты данных передаются из маршрутизатора и поступают в устройство;
- размещается на системной плате или в отдельном модуле интерфейса.
Физическими компонентами маршрутизатора являются: центральны процессор, оперативная память, базовая система ввода-вывода, операционная система, системная плата, порты ввода-вывода, источник питания.
Приведем классификацию маршрутизаторов по областям применения: магистральные, региональные, удаленные, локальных сетей.
Магистральные маршрутизаторы предназначены для построения центральной сети корпорации. Способны обрабатывать несколько сотен тысяч или даже несколько миллионов пакетов в секунду, имеющие большое количество интерфейсов локальных и глобальных сетей. Поддерживаются не только среднескоростные интерфейсы глобальных сетей, такие как Т1/Е1, но и высокоскоростные, например, АТМ или SDH со скоростями 155 Мбит/с или 622 Мбит/с. Чаще всего магистральный маршрутизатор конструктивно выполнен по модульной схеме на основе шасси с большим количеством слотов - до 12-14. Большое внимание уделяется в магистральных моделях надежности и отказоустойчивости маршрутизатора, которая достигается за счет системы терморегуляции, избыточных источников питания, заменяемых «на ходу» (hot swap) модулей, а также симметричного мультипроцессирования.
Примерами магистральных маршрутизаторов могут служить маршрутизаторы Backbone Concentrator Node (BCN) компании Nortel Networks (ранее Bay Networks), Cisco 7500, Cisco 12000.
Маршрутизаторы региональных отделений соединяют региональные отделения между собой и с центральной сетью. Сеть регионального отделения может состоять из нескольких локальных сетей. Поддерживаемые интерфейсы локальных и глобальных сетей менее скоростные.
Примерами маршрутизаторов региональных отделений могут служить маршрутизаторы BLN, ASN компании Nortel Networks, Cisco 3600, Cisco 2500, NetBuilder II компании 3Com.
Маршрутизаторы удаленных офисов соединяют, как правило, единственную локальную сеть удаленного офиса с центральной сетью или сетью регионального отделения по глобальной связи. В максимальном варианте такие маршрутизаторы могут поддерживать и два интерфейса локальных сетей. Как правило, интерфейс локальной сети - это Ethernet 10 Мбит/с, а интерфейс глобальной сети - выделенная линия со скоростью 64 Кбит/с, 1,544 или 2 Мбит/с. Маршрутизатор удаленного офиса может поддерживать работу по коммутируемой телефонной линии в качестве резервной связи для выделенного канала.
Типичными представителями этого класса являются маршрутизаторы Nautika компании Nortel Networks, Cisco 1600, Office Connect компании 3Com, семейство Pipeline компании Ascend.
Маршрутизаторы локальных сетей (коммутаторы 3-го уровня) предназначены для разделения крупных локальных сетей на подсети. Основное требование, предъявляемое к ним, - высокая скорость маршрутизации, так как в такой конфигурации отсутствуют низкоскоростные порты, такие как модемные порты 33,6 Кбит/с или цифровые порты 64 Кбит/с. Все порты имеют скорость по крайней мере 10 Мбит/с, а многие работают на скорости 100 Мбит/с.
Примерами коммутаторов 3-го уровня служат коммутаторы CoreBuilder 3500 компании 3Com, Accelar 1200 компании Nortel Networks, Waveswitch 9000 компании Plaintree, Turboiron Switching Router компании Foudry Networks.
В зависимости от области применения маршрутизаторы обладают различными основными и дополнительными техническими характеристиками.
Перечень протоколов маршрутизации составляют протоколы IP RIP, IPX RIP, NLSP, OSPF, IS-IS OSI, EGP, BGP, VINES RTP, AppleTalk RTMP.
Перечень поддерживаемых интерфейсов локальных и глобальных сетей. Для локальных сетей - это интерфейсы, реализующие физические и канальные протоколы сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN и АТМ. Для глобальных связей - это интерфейсы физического уровня для связи с аппаратурой передачи данных, а также протоколы канального и сетевого уровней, необходимые для подключения к глобальным сетям с коммутацией каналов и пакетов. Поддерживаются интерфейсы последовательных линий (serial lines) RS-232, RS-449/422, V.35 (для передачи данных со скоростями до 2-6 Мбит/с), высокоскоростной интерфейс HSSI, обеспечивающий скорость до 52 Мбит/с, а также интерфейсы с цифровыми каналами Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ и интерфейсами BRI и PRI цифровой сети ISDN. Некоторые маршрутизаторы имеют аппаратуру связи с цифровыми глобальными каналами, что исключает необходимость использования внешних устройств сопряжения с этими каналами.
Общая производительность маршрутизатора. Высокая производительность маршрутизации важна для работы с высокоскоростными локальными сетями, а также для поддержки новых высокоскоростных глобальных технологий, таких как frame relay, ТЗ/Е3, SDH и АТМ. Общая производительность маршрутизатора зависит от многих факторов, наиболее важными из которых являются:
тип используемых процессоров, эффективность программной реализации протоколов;
архитектурная организация вычислительных и интерфейсных модулей.
Общая производительность маршрутизаторов колеблется от нескольких десятков тысяч пакетов в секунду до нескольких миллионов пакетов в секунду. Наиболее производительные маршрутизаторы имеют мультипроцессорную архитектуру, сочетающую симметричные и асимметричные свойства - несколько мощных центральных процессоров по симметричной схеме выполняют функции вычисления таблицы маршрутизации, а менее мощные процессоры в интерфейсных модулях занимаются передачей пакетов на подключенные к ним сети и пересылкой пакетов на основании части таблицы маршрутизации, кэшированной в локальной памяти интерфейсного модуля.
Рис. Основные компоненты маршрутизатора |
Рис. Основные технические характеристики маршрутизатора |
Шлюз - программно-аппаратный комплекс, соединяющий разнородные сети или сетевые устройства и позволяющий решать проблемы, связанные с различием протоколов и систем адресации [Алиев, Сети ЭВМ].
Шлюз применяется при необходимости объединения сетей с разными типами системного и прикладного программного обеспечения.
Можно классифицировать шлюзы по области применения. Шлюзы IP-телефонии по масштабности применения можно разделить на два основных типа: шлюзы, ориентированные на корпоративное применение, и шлюзы, предназначенные для операторов и поставщиков услуг связи. Продукты последнего типа отличаются большой емкостью и масштабируемостью, присутствием средств аутентификации и мониторинга, а также дополнительных возможностей биллинга. Примерами таких устройств являются следующие шлюзы: IPTC компании Ericsson, PacketStar IP Gateway 1000 компании Lucent Technologies, MainStreetXpress 36100 от Newbridge, Hi-Gate 1000 компании ECI Telecom, Clarent Gateway фирмы Clarent. Типовая инсталляция этих шлюзов предусматривает их подключение с одной стороны к IP-сети (например, через Ethernet-интерфейс), а с другой - к традиционной телефонной сети общего пользования (обычно по Е1-каналам).
Исполнение шлюзов IP-телефонии:
1. Автономные ip-шлюзы
Большинство производителей шлюзов предлагает автономные IP-шлюзы, которые обычно состоят из серверов на базе персональных компьютеров с комплектом голосовых плат. Голосовые платы не предназначены для компрессии/декомпрессии звука, поэтому данная операция должна выполняться главным процессором ПК.
Существуют шлюзы на базе ПК-серверов с платами с цифровой обработкой сигналов (Digital Signal Processing, DSP). Фирма Dialogic выпускает плату DM3 IP (с программным обеспечением от VocalTec); Micom - платы IP-телефонии для аналоговых линий, Т-1 и Е-1; NMS - платы E-Fusion Inc., используемые многими разработчиками, в том числе Inter-Tel. Оборудование этого типа производят также компании Vocaltec Communications Ltd., Neura Communications Inc., Netrix Corp. и другие. Автономные устройства могут стать хорошим решением для сетей, уже имеющих маршрутизаторы от различных производителей. Платы-маршрутизаторы, в свою очередь, применимы для дополнительного оснащения работающего оборудования функциями IP-телефонии.
2. Маршрутизаторы-шлюзы
В мире производителей оборудования телекоммуникаций наметилась тенденция к тому, что крупные компании традиционное сетевое оборудование оснащают узлами, отвечающими за IP-телефонию. Одной из первых в этом направлении стала работать компания Cisco Systems (устройства серии 2600 и 3600), за которой последовали другие фирмы (Memotec Comminications Inc. с машиной СХ950 Access Switch, Motorola Inc. с устройством Vanguard). Эта продукция - маршрутизаторы и устройства доступа к распределенным сетям со встроенными шлюзами IP-телефонии - занимает отдельную, важную нишу на рынке сетевого оборудования.
3. RAS-шлюзы
Свою часть рынка оборудования для IP-телефонии занимают шлюзы для VoIP, состоящие из плат, устанавливаемых в серверы дистанционного доступа (RAS). В этом направлении работают компании Ascend Communications и Digi International (устройства Multivoice Gateway и Netblazer 8500 соответственно). Установка устройств данного типа при построении IP-сетей оправдана при работе с приложениями с множеством голосовых портов и имеющими предельно важное значение.
4. Шлюзы-модул и для УПАТС
В настоящее время получили распространение шлюзы IP-телефонии, представляющие собой конструктивно модули .для классических учрежденческих АТС. Компании Lucent Technologies и Nortel Networks производят их для своих станций Defmity и Meridian 1. Причем, такая система перед тем, как установить соединение через IP-сеть, проверяет качество связи. В случае достаточного ее качества (норма устанавливается администратором системы), соединение устанавливается. Иначе, вызов направляется по традиционным линиям связи. Таким образом, налицо стремление фирм-производителей постепенно заменять транспортную среду, не затрагивая при этом телефонный сервис, предоставляемый конечным пользователям.
5. Шлюзы с интеграцией бизнес-приложений
По мере развития систем IP-телефонии на ведущие роли выходят сервис-функции. При этом оборудование должно ориентироваться не только на интеграцию трафика, но и на интеграцию бизнес-приложений, позволяющую повысить продуктивность работы предприятий. К таким продуктам следует отнести систему eBridge Interactive Web Responce компании eFusion, обеспечивающую интеграцию Web-служб и центров по обработке вызовов. Она позволяет реализовать службу типа "щелкни и говори" для установления телефонной связи между посетителями Web-узла компании и ее сотрудниками.
6. Учрежденческие АТС на базе шлюзов
Еще одно направление развития оборудования IP-телефонии - построение учрежденческих телефонных систем на базе инфраструктур ЛВС. Примерами такого оборудования могут послужить продукты фирм NBX (приобретена компанией 3COM) и Selsius (приобретена компанией Cisco Systems).
В случае, когда нецелесообразна установка отдельного сервера для преобразования телефонных сигналов в IP-пакеты, используются сетевые устройства, подключаемые напрямую к сети lOBaseT (по типу концентраторов Ethernet). При этом каждый концентратор представляет, по сути, небольшую УАТС с голосовой почтой и автоматическим секретарем, подключаемую через разъем RJ-14 к внешним и внутренним телефонным линиям и через соединители RJ-45 к локальной сети Ethernet.
Обладая простотой управления и наличием встроенных средств компьютерно-телефонной интеграции эти системы в состоянии составить конкуренцию обычным учрежденческим АТС.
7. Сетевые платы с функциями телефонии
Одним из решений IP-телефонии являются многоцелевые сетевые платы с функциями телефонии (небольшие устройства типа Internet PhoneJACK от Quicknet Technologies, EtherPhone фирмы PhoNet Communications или крупные устройства типа плат ATM от Sphere Communications). Такие устройства оборудованы портами RJ-11 для подключения обычного телефонного аппарата.
8. Автономные IP-телефоны
Представляют собой решение "все в одном" для одной линии. По внешнему виду и базовым сервисным возможностям аппаратные реализации IP-телефонов ничем особо не отличаются от обычных телефонов, но их электронная «начинка» позволяет существенно уменьшить нагрузку на персонал, отвечающий за телефонную связь. Такой тип продуктов предлагает компания Cisco Systems.
Помимо аппаратной существуют и программные реализации IP-телефонов. В этом случае персональный компьютер (ПК), оборудованный телефонной гарнитурой или микрофоном и акустическими системами, превращается в многофункциональный коммуникационный центр. Пользователь ПК, кроме доступа к обычному телефонному сервису, получает набор дополнительных возможностей: получение информации о звонящем клиенте (благодаря наличию стандартного интерфейса TAPI к другим программам), контроль за телефонными вызовами и работой с речевой почтой. Примером могут послужить программные продукты NetMeeting от Microsoft и InternetPhone фирмы Vocaltec Communications. Недостатками таких систем является неполная совместимость с Н.323 версии 2, а также отсутствие поддержки функций по обеспечению безопасности в работе с gatekeeper (контроллер зоны).
Более полно основные функции, выполняемые шлюзом стандарта Н.323, состоят в следующем:
реализация физического интерфейса с телефонной и IP-сетью;
детектирование и генерация сигналов абонентской сигнализации;
преобразование сигналов абонентской сигнализации в пакеты данных и обратно;
преобразование речевого сигнала в пакеты данных и обратно;
соединение абонентов;
передача по сети сигнализационных и речевых пакетов;
разъединение связи.
Стандарты, отличные от Н.323, используют в своей работе шлюзы СХ950 Access Switch компании Memotec Comminications Inc., F-50 IP и F-200 IP компании Neura Communications Inc., VIP Gateway от Nortel Networks, сетевые станции Network Exchange 2201/2210 фирмы Netrix Corp.
К характеристикам шлюзов относятся:
Наличие механизмов резервирования ресурсов
Поддержка какой-либо схемы приоритезации (протокол резервирования RSVP или байт дифференциации услуг - DS byte) для осуществления возможности выбора приоритета между передаваемой речью или данными является важной характеристикой шлюза. При этом протокол RSVP позволяет маршрутизаторам придерживать часть полосы пропускания для организации голосового трафика. У шлюзов IPT (Ericsson Inc.), Netblazer 8500 (Digi International), Packetstar IP Gateway 1000 (Lucent Technologies Inc.), Vocaltec Telephony Gateway (Vocaltec Communications Ltd.), Webphone Gateway Exchange (Netspeak Corp.) эта возможность отсутствует.
Поддержка основных телефонных интерфейсов и типов сигнализаций
Важными критериями при оценке характеристик шлюзов является возможно большое разнообразие телефонных интерфейсов, поддерживаемых IP-шлюзом (E1, PRI, BRI) и аналогового в частности, а также поддержка основных типов телефонной сигнализации: CAS, DTMF, PRI и ОКС №7. Существенную роль играет поддержка оборудованием механизмов безопасности в соответствии с Рекомендацией Н.235.
Транспортные архитектуры
Диапазон транспортных архитектур, с которыми работают современные шлюзы, достаточно широк: выделенные линии, ISDN, Frame Relay, ATM, Ethernet.
Шлюзы, поддерживающие передачу речи через Frame Relay, производят компании 3COM (Pathbuilder S200 Voice Access Switch), Cisco (серия 2600, 3600), Motorola (Vanguard 6560/6520), Newbridge Networks Corp. (MainStreetXpress 36100 VoIP Gateway) и другие. Режим ATM поддерживают шлюзы, выпускаемые фирмами Lucent Technologies (Packetstar IP Gateway 1000), Cisco (серия 2600, 3600), Ascend Communications (MultiVoice Gateway), Motorola Vanguard 6560/6520 Multiservice Access Device и другие.
Масштабируемость
Важной характеристикой шлюза является его масштабируемость, что обеспечивается модульным построением оборудования. На первом этапе развертывания сети IP-телефонии возможно использование неполного ресурса имеющихся портов при постепенном дальнейшем увеличении числа задействованных голосовых портов. При этом число портов соответствует количеству одновременных вызовов, которые может сделать шлюз, поскольку каждый ее порт оснащен собственным цифровым сигнальным процессором (DSP - Digital Signal Processor) для оцифровки голосовых сигналов.
Обеспечение факс-связью
Подавляющее большинство производимых шлюзов имеют возможность обеспечивать факсимильную, связь на базе протокола IP. Она опирается на два основных стандарта, предложенных МСЭ-Т. Стандарт Т.37 сводит передачу факсов к доставке с промежуточным хранением, так как изображения факсов передаются в виде вложений электронной почты. Благодаря Т.37 факс-аппараты и факс-серверы на базе IP различных поставщиков могут взаимодействовать друг с другом так же согласованно, как и традиционные факсы. Еще один стандарт Т.38 описывает передачу факсов в реальном времени либо посредством имитации соединения с факс-аппаратом, либо с помощью метода модуляции под названием FaxRelay. Т.38 может использоваться для реализации функциональности, более схожей с традиционной факсимильной связью, например для немедленного подтверждения.