Transport hybrydowy

Stosowany w wielu wariantach standard Ethernet (10/100/1000 Mb/s) dobrze sprawdza się przede wszystkim w sieciach korporacyjnych. Technologia Ethernetu jest obecnie często użytkowana również w sieciach transportowych, z uwagi na możliwość świadczenia wydajnych usług oraz łatwej konfiguracji i utrzymania sieci. Transport w sieci Ethernet zapewnia elastyczne pasmo transmisyjne, oferując najprostszą i najtańszą technologię do realizacji połączeń o niewielkim zasięgu. W porównaniu z tradycyjnymi interfejsami TDM (Time Division Multiplexing) – służącymi do realizacji połączeń PoS (Packet over SONET) – interfejsy Ethernet są po prostu tańsze. Niestety nadają się jedynie do transmisji na niewielkie odległości.

Z kolei sieci transportowe wykonane w technologii SDH (Synchronous Digital Hierarchy) nadają się do tworzenia niezawodnych dalekosiężnych połączeń transportowych i świadczenia ekonomicznych usług transmisji danych, także do budowy łączy dzierżawionych – a więc usług przynoszących największe dochody w sieciach dostępowych. Sieci oparte wyłącznie na technologii SDH nie są jednak optymalnym rozwiązaniem, ze względu na ograniczone możliwości skalowania pasma transmisyjnego, co we współczesnych aplikacjach teleinformatycznych ma zasadnicze znaczenie. Usługodawcy internetowi (ISP – Internet Service Provider) i dostawcy aplikacji (ASP – Application Service Provider) wymagają obecnie szerokiego, a zarazem elastycznego pasma transmisji między ruterami IP a siecią szkieletową i użytkownikiem końcowym. Wymagane przepływności wahają się między 100 Mb/s a 1 Gb/s, a wkrótce sięgną 10 Gb/s.

Coraz częściej spotykanym rozwiązaniem staje się transport hybrydowy, łączący zalety Ethernetu w sieciach lokalnych bądź korporacyjnych i transportu synchronicznego SDH w łączach i sieciach długodystansowych. Do tworzenia sieci hybrydowych potrzebne są urządzenia sieciowe, takie jak multipleksery transferowe ADM (Add Drop Multiplexer) dla systemów SDH lub systemy transmisyjne WDM (DWDM) – obydwa zaopatrzone w porty i interfejsy Ethernet (10/100/1000 Mb/s). Takie rozwiązanie pozwala na tanie realizowanie połączeń między urządzeniami klienta i dostawców usług internetowych ISP, przy jednoczesnym zachowaniu pożądanej niezawodności i prostoty zarządzania transmisją danych, wymaganej w dużych sieciach. Usługi teletransmisyjne w sieciach hybrydowych są najczęściej oparte na węzłach usługowych POP (Point of Presence).

Transport hybrydowy oparty na technologii SDH pozwala na tworzenie szybkich i prostych połączeń Ethernet na dużych odległościach, za pomocą łączy dzierżawionych. Aplikacje typu punkt–punkt oferują zmienną szerokość pasma transmisyjnego, dzięki implementacji rozwiązań wirtualnych i mechanizmów LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme). Interfejsy Ethernet mogą obsługiwać zmienne szybkości ramek: od 0 b/s do maksymalnej określonej szybkości interfejsu wynoszącej odpowiednio 10, 100 lub 1000 Mb/s. Dla uzyskania pełnej przepływności Ethernetu 10 Gb/s zamiast transportu SDH jest potrzebny w sieci transportowej przekaz optyczny DWDM, o większych szybkościach. Podobnie jak w przypadku interfejsów Ethernet o niższych przepływnościach z interfejsów 10 Gb/s można korzystać również w sytuacji, gdy w sieci transportowej SDH dostępna jest jedynie część pasma nominalnego standardu. Ten sposób transmisji stanie się bardziej ekonomiczny, po znaczącym obniżeniu cen interfejsów Ethernet 10 Gb/s i zwiększeniu szybkości liniowej systemów SDH do 40 Gb/s (TDM).

Przyszłość w przełączaniu

Głównym powodem odchodzenia operatorów od transmisji głosowych przez tradycyjne sieci telefoniczne – na rzecz przekazów przez sieci pakietowe z protokołem IP – są względy ekonomiczne. Firmy i prywatni abonenci konwencjonalnych rozwiązań opartych na komutowaniu łączy czy obwodów (linii) w centralach często płacą wysokie rachunki za międzymiastowe i międzynarodowe rozmowy telefoniczne, prowadzone ze swymi oddziałami lub kontrahentami. Wykorzystanie pakietowej sieci rozległej WAN do przesyłania głosu pozwala wielokrotnie zredukować te olbrzymie koszty.

Telefonia internetowa oparta na przełączaniu była początkowo stosowana jedynie do transmisji głosu w połączeniach punkt–punkt między dwoma komputerami obsługującymi protokół IP. W szerszym wymiarze telefonia internetowa obsługuje teraz nie tylko połączenia telefoniczne, ale daje możliwość integracji głosu, danych i sygnałów obrazu – przy zachowaniu tej samej infrastruktury sieciowej, charakterystycznej dla współczesnych sieci nowej generacji NGN (Next Generation Network). Wszystko to za pośrednictwem jednej sieci globalnej z protokołem IP, działającej w czasie rzeczywistym.

Popularności tego rozwiązania nie przeszkodził nawet fakt, że jakość aplikacji VoIP (z przełączaniem pakietów) odbiega jeszcze od standardów obowiązujących w telefonicznych sieciach stacjonarnych (każdy rok przynosi jednak widoczną poprawę). Transmisje głosowe mogą bowiem być powszechnie implementowane zarówno w sieciach o charakterze połączeniowym (ATM), jak i w sieciach o bezpołączeniowym trybie pracy - charakterystycznym dla transmisji z protokołem IP. Stąd tak duże zainteresowanie dostawców usług telekomunikacyjnych wszelkimi technologiami pakietowymi transmitującymi głos z danymi VoDATA (Voice over DATA), a więc: VoIP (Voice over IP), VoFR (Voice over Frame Relay) czy VoATM (Voice over ATM) – w których duży dystans nie odgrywa istotnej roli w kosztach obsługi połączenia.

Mimo stałej ewolucji technologia tradycyjnego komutowania łączy TDM (Time Division Multiplexing) w cyfrowych systemach komutacji nie jest w stanie sprostać nowym potrzebom użytkowników i jest już obecnie postrzegana jako przestarzała i hamująca dalszy rozwój telekomunikacji przewodowej. I chociaż istnieją rozwiązania umożliwiające tworzenie połączeń IP „od końca do końca” z wykorzystaniem transportu ATM lub ich implementowanie bezpośrednio w warstwie transmisyjnej SDH (Synchronous Digital Hierarchy) czy warstwie optycznej DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), to ciągle nie jest to odpowiedni sposób transmisji głosu lub obrazu o wysokiej jakości, ani uzyskiwania aplikacji wymagających szybkiego, rzeczywistego czasu reakcji.

Coraz częściej w transmisji danych tworzona jest wydzielona infrastruktura nakładkowa (niezależnie od sieci TDM dla usług głosowych), potrzebna do realizacji zintegrowanych usług głos/dane. Posadowienie takiej struktury na istniejących sieciach wymaga dodatkowych urządzeń zewnętrznych lub instalacji wewnętrznych modułów sieciowych. Takie działanie stwarza wiele problemów synchronizacyjnych, nie jest wystarczająco elastyczne, ogranicza skalowanie sieci, a przede wszystkim staje się kosztowne. Potrzebna jest więc inna infrastruktura sieci telekomunikacyjnej.

Problemy z jakością obsługi

Kluczowymi parametrami sieci telekomunikacyjnej, z punktu widzenia przekazów w czasie rzeczywistym przez sieci IP, są jej przepływność oraz jakość obsługi (QoS – Quality of Service). Aby sieć telekomunikacyjna realizowała usługi z gwarantowaną jakością – czyli spełniała postawione jej wymagania QoS – należy zaimplementować w niej odpowiednie mechanizmy transportu i sygnalizacji, umożliwiające sterowanie przebiegiem transmisji w bezpołączeniowym trybie pracy środowiska sieci pakietowej IP.

Poziom jakości QoS determinuje odpowiednie oprogramowanie i rozwiązania sprzętowe, zapewniające właściwą identyfikację, klasyfikację i przekaz pakietów należących do danego (konkretnego) strumienia danych – zgodnie z narzuconymi wymaganiami co do ich jakości transmisji przez sieć. Inaczej mówiąc, realizacja funkcji QoS wymaga wprowadzenia w ruterach IP wielu mechanizmów kolejkowania i odpowiednich algorytmów ich obsługi na trasie przekazu głosowego (uwzględniających opóźnienia pakietów, zmienność tego opóźnienia, prawdopodobieństwo utraty pakietów czy chwilowego przeciążenia węzłów sieci IP).

Podczas gdy w tradycyjnej telefonii podstawową funkcję sterowania łączem telefonicznym spełniają dobrze działające protokoły SS7 (Signalling System 7), w środowisku sieci pakietowych z protokołem IP za sygnalizację odpowiada cały zestaw nowych protokołów czasu rzeczywistego. Używany do tej pory w sieciach IPv4 protokół czasu rzeczywistego RTP (Real Time Transport Protocol) nie zawiera niestety żadnych mechanizmów rezerwowania zasobów sieciowych, co praktycznie oznacza, że nie może on zapewniać transmisji strumieni danych z wymaganą i gwarantowaną QoS. Zbyt duże straty pakietów głosowych oraz znaczące i niekontrolowane opóźnienia w sieci, a także niewłaściwa kolejność skomprymowanego i spakietowanego sygnału mowy mogą niedopuszczalnie pogorszyć jakość odbieranego sygnału multimedialnego po stronie odbiorcy.

Jednym ze sposobów uniknięcia tej sytuacji jest stosowanie protokołu RSVP (Resource Reservation Protocol), umożliwiającego rezerwację pasma o wymaganej przepływności dla strumieni transmitowanych w sieciach z protokołem IP. Dzięki temu mechanizmowi na całej trasie przekazu głosu można wstępnie ustalić właściwe zasoby sieci – niezbędne do uzyskania i utrzymania gwarantowanej jakości usługi głosowej QoS między dowolnymi punktami końcowymi sieci.

Nowe rozwiązania sieci IP

Dotychczasowe rozwiązania usprawniające sygnalizację sieciową telefonii internetowej, oparte na powszechnie stosowanym zaleceniu H.323 (ITU), stopniowo ustępują miejsca konkurencyjnemu rozwiązaniu – protokołowi sygnalizacyjnemu SIP (Session Initiation Protocol), opracowanemu przez grupę roboczą IETF MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control). Bardziej uniwersalna struktura nowego protokołu umożliwia pełną kontrolę (zestawianie, modyfikację i likwidację łącza) przebiegu nie tylko internetowych sesji głosowych, ale również telekonferencji multimedialnych z transmisją rozsiewczą. Daje także możliwość obsługi użytkowników mobilnych oraz zapewnia mechanizmy negocjowania warunków sesyjnych. Protokół ten jest więc coraz częściej wykorzystywany w systemach komutacyjnych IPABX, przystosowanych do współpracy z protokołami IP (Internetem).

Podstawowym elementem niezbędnym do utrzymania właściwej jakości usługi w sieciach IP – a więc do prowadzenia transmisji głosowych VoIP w czasie rzeczywistym – jest implementacja właściwej architektury sieciowej IP. Współcześnie definiuje się dwie (alternatywne) architektury nowej generacji dla sieci IP najbliższej przyszłości. Pierwszą z nich jest model usług zintegrowanych IntServ (Integrated Services), z rezerwacją zasobów sieciowych, w którym decydującą rolę odgrywa protokół sygnalizacyjny RSVP wraz z mechanizmami klasyfikacji strumieni danych i kolejkowania pakietów. ­Jego alternatywę stanowi nowa architektura z ofertą usług zróżnicowanych DiffServ (Differentiated Services) i priorytetowaniem strumieni danych w ruterach sieciowych – bardziej przydatna do przesyłania głosu w środowisku internetowym.

Obydwie architektury sieciowe IP znajdą się wkrótce w eksploatacji. Pierwszymi aplikacjami sprawdzającymi poprawność działania nowych sieci będzie transmisja głosu przez IP, z zachowaniem właściwych wymagań QoS. Funkcjonowanie nowych rozwiązań architektury IP jest obecnie intensywnie testowane w ramach kilku pilotowych projektów infrastruktury sieciowej Internet 2.