Сети NGN

Процесс маршрутизации делится  на два этапа: выбор оптимальных  маршрутов и непосредственное управление пакетами, осуществляемые раздельно. Выбор  маршрутов осуществляется маршрутными серверами в ядре сети, использующими традиционные протоколы маршрутизации (например, OSPF и RIP). Вычисленные маршруты передаются устройствам доступа, поддерживающим распределенную маршрутизацию и осуществляющим непосредственное управление пакетами.

В настоящее время технология ATM более распространена в качестве транспортной технологии, предоставляющей механизмы обеспечения качества передачи на канальном уровне.

 

2.2.2 Использование технологии IP для построения транспортного уровня

 

Протокол IP является протоколом сетевого уровня, не ориентированным на соединения и предоставляющим данные для протоколов транспортного уровня TCP (ориентированный на соединения) и UDP (не ориентированный на соединения).

Протокол IP доставляет блоки данных (дейтаграммы) от одного IP-адреса к

другому. IP-адрес является уникальным 32-битным идентификатором сетевого интерфейса компьютера. В функции протокола IP входит определение маршрута для каждой дейтаграммы, при необходимости сборка и разборка дейтаграммы на фрагменты, а также отправка источнику дейтаграммы сообщения об ошибке в случае невозможности доставки. Средства контроля корректности данных, подтверждения их доставки, обеспечения правильного порядка следования дейтаграмм, а также функции предварительного установления соединения между компьютерами в IP-протоколе не предусмотрены.

При транспортировке IP-пакетов их порядок может нарушаться. Для обеспечения требуемого качества обслуживания трафика реального времени необходимо сохранение порядка следования пакетов, а также минимизация задержки пакетов и колебаний длительности задержек. Для обеспечения приемлемого голосового потока время задержки должно составлять менее 300-600 мс.

Для реализации механизмов QoS в заголовке IP-пакета предусмотрено поле типа сервиса размером 8 бит (Type of Service - ToS), которое задает характер обработки пакета в процессе его транспортировки.

IP-протокол не подразумевает использования каких-либо определенных протоколов уровня доступа к среде передачи и физическим средам передачи данных. Требования к канальному уровню ограничиваются наличием интерфейса с модулем IP и обеспечением преобразования IP-адреса узла сети, на который передается дейтаграмма, в МАС-адрес. В качестве уровня доступа к среде передачи могут выступать целые протокольные стеки, например, ATM, IPX, X.25 и т.п.

Сеть IP рассматривается как объединение автономных независимых локальных и глобальных сетей, в каждой из которых может использоваться теоретически любая технология канального уровня. Как и в любой сети, в сети IP можно выделить магистральную сеть и сеть доступа. «Границей» магистральной сети являются точки подключения локальных сетей к глобальным. Среди используемых в настоящее время технологий локальных сетей следует выделить следующие:

• Ethernet;
• Fast Ethernet;
• Gigabit Ethernet;
• Token Ring;
• 100VG-ANYLAN;
• FDDI/CDDI.

Граничные маршрутизаторы должны поддерживать любое подмножество из перечисленных  выше интерфейсов. В табл. 2.2 приведены  характеристики используемых интерфейсов  канального уровня локальных сетей.

 

Таблица 2.2.2

Технология	Специфика-ция	Среда передачи	Скорость передачи
Ethernet 10BaseT	IEEE 802.3	Неэкранированная витая пара 3 кат	10 Мбит/с
Fast Ethernet 100BaseTX 100BaseFX	IEEE 802 3	Две экранированных витых пары Два оптоволоконных кабеля	100 Мбит/с
Gigabit Ethernet	IEEE S02.3z	Экранированная или неэкранированная витая пара или оптоволоконный кабель	1 Гбит/с
Token Ring	IEEE 802 5	Экранированная или неэкранированная витая пара	4/16 Мбит/с
100VG-ANYLAN	IEEE 802.12	Четыре неэкранированные витые  пары или оптоволоконный кабель	100 Мбит/с
FDDI/CDDI	ISO 9314	Оптоволокно/Экранированная или неэкранированная витая пара	100 Мбит/с

 

Для соединения сетей используется один из протоколов маршрутизации  OSPF или ВОР.

Архитектура IP-сети приведена на рис. 2.6.

В настоящее время существуют два основных способа создания магистральных IP-сетей: с помощью IP-маршрутизаторов, соединенных каналами «точка-точка», либо на базе транспортной сети ATM, поверх которой работают IP-маршрутизаторы, В первом варианте в качестве транспорта для передачи IP-пакетов может использоваться один из протоколов канального уровня (SLIP или РРР), во втором - ячейки ATM AAL5. В последнем случае необходимо использование дополнительных управляющих функций для контроля совместной работы IP и ATM.

Структура доступа к IP-сети приведена на рис. 2.7. Сервер доступа используется для идентификации, аутентификации и учета трафика пользователей, а также для назначения временных IP-адресов и маршрутизации.

IP-протокол изначально не предназначался для передачи голоса, однако его широкая распространенность, возможность наложения практически на любую транспортную сеть, а также высокая степень совместимости решений различных поставщиков привели к тому, что IP-сети стали использоваться как универсальная среда для передачи всех видов трафика. Основным недостатком сетей на основе протокола IP является отсутствие механизмов, которые бы обеспечивали передачу трафика реального времени. Обеспечение качества передачи чувствительного к задержке трафика достигается путем реализации соответствующих механизмов на канальном или транспортном уровне. Реализация услуг мультисервисной сети на базе IP-технологии требует внедрения дополнительной поддержки качества обслуживания, повышения надежности и рационализации использования ресурсов.

 

Архитектура сети IP

 

 

Рис. 2.2.2.1

 

Структура доступа к  IP-сети

 

Рис. 2.2.2.2

 

Управление качеством обслуживания на уровне IP-протокола реализуется преимущественно в корпоративных сетях, где администратор может

контролировать все устройства сети. К методам управления относятся:

• выделение отдельных каналов для передачи голоса;
• настройка маршрутизатора на первоочередное обслуживание пакетов с определенным номером порта UDP;
• ограничение максимально допустимого размера пакета.

 

2.3. Протоколы сетей  NGN

 

Сети NGN можно рассматривать в качестве сетевых решений, объединяющих фрагменты различных существующих сетей (Интернет и ТфОП) с применением свойственных этим сетям технологий. Соответственно, в NGN применяются как протоколы Интернет (например, IP, TCP, UDP, FTP, HTTP, SMTP и другие протоколы стека TCP/IP), так и протоколы ТфОП (например, ОКС7, EDSS1, протоколы интерфейса V5), Кроме того, некоторые протоколы NGN являются перспективными, прямо или косвенно затрагивая принципы взаимодействия сетей Интернет и ТфОП в рамках создания мультисервисной сети. Протоколы NGN с некоторой долей условности можно классифицировать следующим образом:

• базовые протоколы сети Интернет: IP, ICMP, TCP, UDP.
• транспортные протоколы: RTP, RTCP.
• сигнальные протоколы: SIP, H.323, SIGTRAN, MEGACO/H.248, MGCP, RSVP, SCTP, ISUP, BICC, SCCP, INAP.
• протоколы маршрутизации: RIP, IGRP, OSPF, IS-IS, EGP, BGP, IDRP, TRIP.
• протоколы информационных служб и управления: SLP, OSP, LDAP, SNMP.
• протоколы услуг: FTP, SMTP, HTTP, кодеки G.xxx, H.xxx, факс Т.37, Т.38, IRP, NNTP.

2.3.1. Базовые протоколы  стека TCP/IP

 

Протоколы Интернет можно использовать для передачи сообщений через  любой набор объединенных между  собой сетей. Они в равной мере пригодны для связи как в локальных, так и в глобальных сетях. Комплект

протоколов Интернет включает в  себя не только спецификации низших уровней (например, TCP и IP), но также спецификации для таких общих применений, как почта (SMTP), приложения гипертекстовых терминалов (HTTP) и передача файлов (FTP).

 

Протокол IP

 

Маршрутизация по протоколу IP (Internet Protocol) определяет формат,

адресацию и характер перемещения  дейтаграмм IP через объединенные сети (по одной пересылке за раз). В начале следования дейтаграмм весь их маршрут не известен. Вместо этого на каждом промежуточном узле вычисляется следующий пункт назначения путем сопоставления адреса пункта назначения, содержащегося в дейтаграмме, с записью данных в маршрутной таблице текущего узла. Участие каждого узла в процессе маршрутизации заключается в продвижении пакетов, базирующемся лишь на внутренней информации, вне зависимости от того, насколько успешным будет процесс, и того, достигнет или нет пакет конечного пункта назначения. Другими словами, IP не обеспечивает отправку на узел- источник сообщений о неисправностях, когда имеют место аномалии маршрутизации. Выполнение этой задачи предоставлено другому протоколу Интернет, а именно протоколу управляющих сообщений Интернет (Internet Control Message Protocol - ICMP).

 

Протокол ICMP

 

ICMP выполняет ряд задач в пределах объединенной сети IP. В дополнение к основной задаче, для выполнения которой он был создан (сообщение источнику об отказах маршрутизации), ICMP обеспечивает также:

• метод проверки способности узлов образовывать в объединенной сети повторное эхо (сообщения Echo и Reply ICMP);
• метод стимулирования более эффективной маршрутизации (сообщение Redirect ICMP - переадресация ICMP);
• метод информирования источника о том, что какая-то дейтаграмма превысила назначенное ей время существования в пределах данной объединенной сети [ICMP-сообщение Time Exceeded (время превышено)];
• метод передачи прочих полезных сообщений.

Сделанное недавно дополнение к  ICMP обеспечивает для новых узлов возможность нахождения маски подсети, используемой на промежуточной сети в данный момент. В целом, ICMP является интегральной

частью любых реализаций IP, особенно таких, которые используются в маршрутизаторах.

 

Протокол TCP

 

Transmission Control Protocol (TCP) обеспечивает полностью гарантированные, с подтверждением и управлением потоком данных, услуги доставки для протоколов высших уровней. Он перемешает данные в непрерывном неструктурированном потоке, в котором байты идентифицируются по номерам последовательностей. TCP может также поддерживать многочисленные одновременные диалоги высших уровней.

 

Протокол UDP

Протокол UDP намного проще, чем TCP. Он полезен в ситуациях, когда мощные механизмы обеспечения надежности протокола TCP не обязательны. Заголовок UDP имеет всего четыре поля: поле порта источника (source port), поле порта пункта назначения (destination port), поле длины (length) и поле контрольной суммы UDP (checksum UDP). Поля порта источника и порта назначения выполняют те же функции, что и в заголовке TCP, Поле длины обозначает длину заголовка UDP и данных; поле контрольной суммы обеспечивает проверку целостности пакета. Контрольная сумма UDP является факультативной возможностью.

Комплект протоколов Интернет включает в себя большое число протоколов высших уровней, представляющих самые  разнообразные применения, в том  числе управление сетью, передача файлов, распределенные услуги пользования файлами, эмуляция терминалов и электронная почта.

 

2.3.2 Сигнальные протоколы

 

Протоколы SIP и Н.323

 

В настоящее время для установления мультимедийных вызовов через сети IP создано несколько протоколов, например SIP (Session Initiation Protocol) [RFC 2543] и Н.323. Появление данных стандартов открывает широкие возможности децентрализации обеспечения услуг телефонии, причем услуги могут управляться со стороны пользователя.

Протокол инициирования сеансов связи (SIP) предназначен для организации, модификации и завершения мультимедийных сеансов или

вызовов. Мультимедийные сеансы включают в себя мультимедийные конференции, Интернет-телефонию и другие аналогичные  приложения. SIP является одним из ключевых протоколов, используемых для реализации передачи речи по сетям IP (Voice over IP - VoIP). Таким образом, SIP есть упрощенный протокол сигнализации, имеющий широкое применение в Интернет-телефонии.

SIP представляет собой простой протокол сигнализации для установления, модифицирования и разрушения речевых и мультимедийных соединений в сеансах IP-телефонии (VoIP) и мультимедийной конференц-связи. SIP является протоколом типа «клиент-сервер» и подобен протоколу передачи гипертекста (Hypertext Transfer Protocol - HTTP) как с синтаксической, так и с семантической точек зрения. Имеет текстовые запросы и отклики, содержащие поля заголовков, в которых передается информация об обслуживании и характеристиках соединения.

Если для управления ресурсами  среды передачи MG между MGC и шлюзами среды передачи (то есть транспортными или медиа-шлюзами) используется протокол H.248/MEGACO (MGCP), то SIP или Н.323 могут применяться для установления речевого соединения на участке между MGC и клиентом VoIP.

В случае необходимости установления телефонного соединения между

транспортными шлюзами среды передачи, не связанными с одним и тем  же контроллером, связь сигнализации вызова устанавливается между  MGC, управляющим первым шлюзом, и MGC, управляющим вторым шлюзом среды передачи.

Хотя и Н.323, и SIP могут использоваться для осуществления такой сигнализации, необходимо отметить, что ни один, ни другой из них не разрабатывался в расчете на поддержку услуг этого типа. Следовательно, можно ожидать, что для поддержки связи между MGC в целях предоставления услуг VoIP тот и/или другой будут соответственно оптимизированы.

Протокол SIP-T (SIP for Telephones, RFC 3372) предоставляет возможности интеграции сообщений традиционной телефонной сигнализации в сообщения протокола SIP. SIP-T, таким образом, не является новым протоколом, а представляет собой набор механизмов согласования традиционной телефонной сигнализации с сигнализацией SIP. Задачей SIP-T является выполнение трансляции сообщений протокола и обеспечения прозрачности транспортировки их свойств через точки взаимосвязи ТфОП-IP. Протокол предназначен для использования там, где сеть VoIP имеет интерфейс с ТфОП.

Несмотря на то, что SIP в типовом варианте применяется поверх протоколов UDP или TCP, без внесения каких-либо технических изменений он может использовать также возможности протоколов IPX, Frame Relay, AAL5/ATM или Х.25.

 

Протокол MGCP

 

Протокол управления транспортным шлюзом (Media Gateway Control Protocol - MGCP) используется между элементами распределенного мультимедийного шлюза. Распределенный мультимедийный шлюз включает в себя агента вызова (Call Agent), который содержит «интеллект» по управлению вызовом, и транспортный шлюз, который содержит транспортные функции (например, преобразование речевого канала ИКМ в VoIP).