eng
Последние десятилетия весь цивилизованный мир прожил под знаком бурного развития информационных сетей. Основанные на интеграции средств вычислительной техники и связи, они предоставляют абонентам широкий спектр услуг по обмену и обработке различных видов информации. Однако процесс внедрения и совершенствования информационных сетей ставит перед их создателями немало проблем. Свое видение этих проблем излагают авторы статьи.
Тенденции развития новых сетевых и информационных технологий
Мощный всплеск в развитии информационных и сетевых технологий пришелся на последние пять—семь лет. Главным образом, его обусловили высокоскоростные оптиковолоконные системы, а также средства радиорелейной и космической связи повышенной пропускной способности. Важную роль сыграли и новые высокопроизводительные персональные компьютеры, обеспечившие обработку мультимедиа-информации (рис. 1).
Как известно, новые информационные технологии реализуются прикладными процессами в системах пользователей. Можно выделить три направления их разработки и внедрения с точки зрения последующей передачи мультимедиа-информации через телекоммуникационные сети.
Одно из них – создание единых методов представления и обработки различных видов информации с целью сформировать полную архитектуру мультимедиа. Примеры таких разработок — стандарт фирмы Digital на единую архитектуру представления документов CDA (Compound Document Architecture), стандарты IBM объединенной архитектуры представления документов при передаче MODCA (Mixed Object Document Connect Architecture) и архитектуры обмена информацией IIA (Information Interchange Architecture). Фирма ICL в рамках общей стратегии создания открытой архитектуры мультимедиа (OPEN Framework) работает над специальной программой для мультимедиа – MMS (Multimedia Specialisation). Международная организация стандартов ISO также разрабатывает стандарты единых форм представления инженерной информации для документов, графики и т.д. (STEP – Standard for the Exchange of Product model data ISO/TC184/SC4/WG1). И разумеется, это протоколы рассылки гипертекстовой информации HTTP (Hyper Text Transfer Protocol, разработчик – консорциум W3C, World Wide Web Consortium), которые также претендуют на роль основы единой архитектуры представления и передачи документов с различной мультимедиа-информацией.
Второе направление – совершенствование методов работы с изображением и звуком. Здесь надо упомянуть стандарт ISO на формат представления графической информации CGM (Computer Graphics Metafile – ISO 8632-87), стандарты ISO и Международного союза электросвязи ITU для фотографий и движущихся изображений рабочих групп JPEG (Joint Photographic Expert Group) и MPEG (Motion Picture Expert Group), соответственно, а также для телевидения высокой четкости HDTV. Консорциум W3C разработал новый графический формат PNG (Portable Network Graphics), использующий более эффективные алгоритмы сжатия, чем популярные форматы GIF и JPEG.
Кроме того, ведется поиск новых способов взаимодействия с телекоммуникационными сетями. Так, стандарт ODA (Open Document Architecture, ISO 8613-92), первоначально определявший спецификации обработки электронных аналогов бумажных документов, сейчас является моделью, которую можно расширять для представления любой воспринимаемой человеком информации (расширение HODA – Hyper Open Document Architecture). Начаты работы над согласованными с HODA стандартами ISO для обмена и операций с документами: SGML (Standard Generalized Markup Language, ISO 8879-86), DSSSL (Document Style Semantics and Specification Language, ISO/IEC JTC1/SC18/WG8), SPDL (Standard Page Description Language). Данные стандарты, изначально предназначенные для взаимодействия между приложениями, расширены ISO в рамках “открытой модели EDI” и будут применяться ко всем формам информации, воспринимаемой или обрабатываемой человеком либо приложением.
Сегодня средствами мультимедиа, которые могут претендовать на роль стандартов, занимаются многие фирмы и научные организации мира. Перспективные разработки ведутся и в России. Так, в области единых методов представления и обработки мультимедиа-информации работают ЛОНИИС и НПП “Рубин”, новые подходы к работе с изображением и звуком создаются специалистами Центра цифровой обработки сигналов при Университете телекоммуникаций, НИИ телевидения, Военной академии связи. Но в целом все ведущиеся разработки еще очень далеки от совершенства. Между тем отсутствие единых стандартов мультимедиа ощущается весьма остро. То, что происходит сейчас в области стандартизации мультимедиа и ее сетевых приложений, очень напоминает ситуацию с разработкой телекоммуникационных стандартов до создания эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС, модель OSI). Для координации этих работ создана Ассоциация производителей программных и аппаратных средств мультимедиа IMA (Interactive Multimedia Association), в которую вошли большинство производителей рабочих станций (Sun Microsystems, Apple Computer, Microsoft, Hewlett-Packard).
Процесс совершенствования систем мультимедиа активно влияет на появление новых сетевых технологий (табл. 1). Они развиваются в двух направлениях. Одно из них – создание методов высокоскоростной передачи видео- и аудиоинформации в реальном масштабе времени, основанных на новых способах коммутации и высокоэффективных протоколах передачи данных через надежные цифровые каналы. В качестве примера такой технологии для городских и территориальных сетей можно назвать службу мультимегабитовой передачи данных с коммутацией пакетов SMDS (Switched Multimegabit Data Service) – идеальное средство для одновременного высокоскоростного доступа к приложениям, работающим в разных локальных сетях. Кадровая ретрансляция FR (Frame Relay) – дальнейшее развитие протокола Х.25 – представляет собой механизм доступа к сети быстрой коммутации пакетов (например, ATM).
Технология асинхронной ретрансляции кадров ATM (Asynchronous Transfer Mode), предназначенная для передачи пакетов фиксированной длины, позволяет строить как глобальные, так и локальные высокоскоростные сети, допускающие режимы быстрой коммутации пакетов и мультиплексирования разнообразного трафика (речи, графики, видео, музыки и т.д.). Расширение полосы пропускания (до 100 Мбит/с) для локальных и городских сетей на расстоянии до десятков километров обеспечивает распределенный оптиковолоконный интерфейс данных FDDI (Fiber Distributed Data Interface), а до 100 м – распределенный интерфейс обмена данными по экранированным и неэкранированным медным витым парам CDDI (Copper Distributed Data Interface).
Оптиковолоконная технология FC (Fibre Channel) с коммутацией физических соединений и пакетов без установления соединения с подтверждением доставки, допускающая широконаправленное вещание без установления соединения и без подтверждения доставки, позволяет передавать данные на сверхвысоких скоростях (100 Мбит/с—1 Гбит/с) на расстояние до 10 км. Новые горизонты открывает технология WDM (Wavelength Division Multiplexing), позволяющая одновременно работать десяткам лазеров-источников по одномодовому оптоволокну. 100VGAnyLAN – пример практической реализации нового стандарта IEEE 802.12, определяющего технологию передачи данных в сетях Ethernet и Token Ring со скоростью 100 Мбит/с по неэкранированной и экранированной витой паре категорий 3–5 или оптическому волокну.
Дальнейшее развитие таких популярных сетей, как Ethernet и Token Ring, – технологии Switched Ethernet (Switched Token Ring). Они используют метод коммутации виртуальных каналов с гарантированной пропускной способностью. В результате обеспечивается заданная полоса пропускания для наиболее чувствительных к задержкам приложений (оперативная обработка транзакций, передача мультимедиа информации). Доступ всех устройств к сети происходит через стандартные адаптеры Ethernet, Token Ring, FDDI. При этом задействуются существующие кабельные системы, исключается микросегментирование сети посредством маршрутизаторов и мостов. Пакеты передаются только между абонентом-источником и абонентом-получателем. При одновременном возникновении в сети нескольких сеансов для каждого из них создаются виртуальные каналы с пропускной способностью 10 Мбит/с.
В марте 1996 года комитет IEEE 802.3 одобрил проект стандартизации Gigabit Ethernet 802.3z – совокупность протоколов для локальных сетей и сетей университетских городков (кампусных сетей). Через два месяца 11 фирм (3Com, Bay Networks, Cisco Systems, Compaq Computer, Granite Systems, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun Microsystems Computer, UB Networks и VLSI Technology) организовали альянс Gigabit Ethernet Alliance (GEA). Его задача – расширить технологии Ethernet и Fast Ethernet для более высоких скоростей, а также разработать процедуры тестирования продуктов различных поставщиков. Сейчас в альянс входят более 100 компаний. Он обеспечивает обратную связь между комитетом IEEE 802.3 и производителями сетевого оборудования. Gigabit Ethernet охватывает различные среды: одномодовое и многомодовое оптическое волокно, экранированную и неэкранированную витую пару... В него входят физические интерфейсы, отраженные в спецификации стандартов 802.3z (1000Base-X) и 802.3ab (1000Base-T). Все они основываются на стандарте физического уровня Fibre Channel (подуровни FC0 и FC1) (табл. 2). Не дожидаясь окончательной стандартизации Gigabit Ethernet, разрабатывают предварительные спецификации стандарта 10G Ethernet (скорость передачи 10 Гбит/с). Начало поставок первых партий оборудования 10G Ethernet планируется на 2001 год.
Другое направление – разработка специальных наборов протоколов, гарантирующих заданную пропускную способность по уже существующим сетям. В разработке протоколов управления трафиком реального времени аудио- и видеоданных в таких сетях лидируют фирмы White Pine Software, Progressive Networks и Cisco Systems [1]. Так, White Pine Software разработала средство проведения видеоконференций в Internet (CU SeeMe), Progressive Networks создала кодек видеоинформации (Real Audio), а Cisco Systems – операционную систему Internetworking Operating System. Последняя управляет трафиком мультимедиа, обеспечивает пропускную способность не ниже установленного предела, поддерживает адаптивные алгоритмы управления очередями в зависимости от типа передаваемой информации и др. ITU уже разработаны три группы рекомендаций: серии Т-120 – многоточечная передача данных в реальном масштабе времени для обмена аудиовизуальной и аудиографической информацией; серии Н-320 – передача мультимедиа информации и принципы организации видеотелефонной односторонней и многосторонней связи в пакетных сетях; серии Н-260 и Н-220 – управление вызовами, потоковые процедуры передачи в пакетных сетях и функции видеокодека.
Недавно Международный консорциум по мультимедийным телеконференциям (International Multimedia Teleconferencing Consortium, IMTC) опубликовал соглашение Voice-over-IP Forum Service Interoperability Implementation Agreement. Этот документ содержит рекомендации по стеку и оптимальному числу протоколов при построении согласованной архитектуры для передачи речи в пакетных сетях. Помимо перечисленных спецификаций ITU, рекомендации включают ряд протоколов Internet, в том числе DNS (Domain Name System), UDP (User Datagram Protocol), IP (Internet Protocol), ТСР (Transmission Control Protocol) и др. Специалисты IMTC также разрабатывают протоколы для Voice-over-FR.
В свою очередь проблемная группа Internet (IETF, Internet Engineering Task Force) ведет интенсивные исследования в области создания протоколов передачи мультимедиа-информации в сетях TCP/IP. Работы IETF охватывают несколько направлений [1]. Так, разрабатываются протоколы для расширенной адресации и многоадресной передачи информации пользователей и служебной информации в IP-сетях. Готовы новые версии протокола IP – IPv6, IPsec, ориентированные на обмен информацией различного вида (текстовой, аудио, видео), с возможностью широковещательной рассылки и усиленными функциями безопасности. Создан протокол ICMP (Internet Control Message Protocol), обеспечивающий обработку и передачу управляющих сообщений об ошибках пересылки пакетов пользователей. Он используется совместно с расширенным протоколом управления ESNMP (Extended Simple Network Management Protocol). Подготовлен проект протокола управления SNMPv3, реализующего новую комплексную версию обеспечения безопасности и ориентированного на поддержку оборудования Gigabit Ethernet [2].
Проблему качества обслуживания по требованию решает работающий над IP протокол RSRVP (ReSource ReserVation Protocol) — коммерческий вариант протокола ST-II, разработанного для МО США. Его назначение — передача аудио- и видеоинформации в сетях IP с многоадресной рассылкой данных и резервированием ресурсов. Новый транспортный протокол RTP (Real-Time Transport Protocol) — альтернатива протоколу TCP. RTP распознает содержимое пакетов (данные, звук, видеоинформация в форматах MPEG и H.261) и выявляет потери данных. Он призван снизить задержки до уровня, допустимого для организации видеоконференцсвязи. Дополнительно к RTP разрабатывается протокол RTCP (Real-Time Transport Control Protocol), вместе с TCP управляющий передачей данных и обеспечивающий “адаптивную обратную связь”. Благодаря этому приложения смогут оперативно отслеживать флуктуации нагрузки в сети и автоматически подстраивать параметры сеансов связи.
Для проверки эффективности и совершенствования новых протоколов в Соединенных Штатах развернуты две программы по созданию фрагментов исследовательских телекоммуникационных сетей. Программа Internet 2 (I2), начатая в 1997 году, предполагает развертывание одной исследовательской сети. Ее финансирует некоммерческий консорциум, состоящий из университетов и частных фирм. I2 базируется на готовых технологиях, принятых и разрабатываемых стандартах. Некоторые исследования программы носят закрытый характер. Разработчики программы I2 сосредоточили свои усилия на обеспечении связи между кампусами участников проекта, обновлении инфраструктуры кампусных сетей, разработке перспективных приложений и оборудования, а также точек доступа к сети с гигабитной скоростью — GigaPOP (gigabit-per-second points of presence). В проекте — создание национального центра GigaPOP, который позволит свести все компоненты системы в единое целое. Главная задача I2 — построение полностью работоспособной мультимедийной сети не более чем за год.
NGI (Next Generation Internet) — программа создания сети Internet следующего поколения, инициированная в 1996 году президентом Клинтоном и полностью финансируемая из федерального бюджета. Цель проекта — поддержка сетевых приложений следующего поколения. Почти все исследования в рамках NGI носят открытый характер. Поэтому их результаты станут доступны рядовым пользователям раньше, чем достижения программы I2. NGI предусматривает развертывание двух сетей для научно-исследовательских задач и поддержки проектов федеральных органов. Кроме того, как и в I2, сети планируется использовать для разработки перспективных приложений. Все компоненты проекта NGI направлены на создание безопасной, надежной комплексной сетевой структуры. Цель базовых исследований — развитие оболочки сетевых технологий. NGI ориентируется не на готовые коммерческие технологии, а на продукты федеральных исследовательских программ.
Проблемы телекоммуникационных технологий
Существует ряд проблем, препятствующих массовому внедрению новых решений в телекоммуникационные и информационные сети. Прежде всего, нет единых международных стандартов на большинство описанных в статье новых информационных и сетевых технологий. В ряде стран (США, страны ЕС и др.) уже созданы и специфицированы (или специфицируются) правительственные профили взаимосвязи открытых систем GOSIP (Government Open Systems Interconnection Profile), основанные на протоколах ISO [3]. В России проект Государственного профиля взаимосвязи открытых систем (первая версия “Госпрофиля ВОС”) был принят в 1995 году. Он определяет взаимоувязанный набор базовых и функциональных стандартов, касающихся услуг по передаче разных видов информации в различных распределенных и локальных сетях. Проект опирается на стандарты ISO и ITU [4—6].
Наряду с телекоммуникационными сетями на основе стандартов ISO широкое распространение получили (в основном, благодаря бурному развитию Internet) сети на основе семейства протоколов TCP/IP*. Основные протоколы TCP/IP в их современном виде были созданы в 1977—1979 годах, еще до разработки ЭМВОС. После того, как ISO построила ЭМВОС, специалисты были уверены, что стандарты этой организации вскоре вытеснят протоколы IETF. Однако к началу 90-х годов стало ясно, что стандарты ISO с их глубокой теоретической проработкой, строгим формальным описанием, максимальной общностью и функциональностью еще не скоро заменят более простые протоколы TCP/IP. Продукты IETF проще в реализации и интеграции с распространенными операционными системами (Unix, Windows), требуют меньше ресурсов среды при взаимосвязи. Кроме того, достаточно развит набор прикладных программ протокольного профиля TCP/IP: “электронной почты” — SMTP (Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол пересылки почты), передачи файлов — FTP/TFTP (File Transfer Protocol /Trivial File Transfer Protocol — протокол передачи файлов/простой протокол передачи файлов), виртуального терминала — Telnet и др.
Несмотря на то, чтов будущем переход к реализации модели ВОС в полном объеме неизбежен, в ближайшие годы будут активно использоваться различные протокольные профили. Стек TCP/IP будет совершенствоваться в направлении конвергенции с протоколами ISO и максимально возможного использования их функциональности. Пример тому — протокол обмена управляющей информацией CMOT (Common Management Information Protocol over TCP/IP) для сетей TCP/IP, разработанный ISO на основе CMIP (Common Management Information Protocol X.711, ISO/IEC 9596-1). Поэтому единый протокольный профиль современных телекоммуникационных сетей должен поддерживать как стандарты ISO, так и IETF (чего нет в “Госпрофиле ВОС”). Необходима также поддержка вновь создаваемых протоколов с целью интеграции сетей различной функциональной архитектуры с разными протокольными профилями.
Отметим и такие проблемы, как отсутствие единой модели (аналогичной ЭМВОС), объединяющей информационные технологии в одну систему. Для России, к тому же, характерна слабая стандартизация в области новых технологий и недостаточная гибкость принятого государственного профиля (не поддерживается стек протоколов TCP/IP в целом, а также большинство новых технологий). Это затрудняет интеграцию существующих сетей электросвязи и усложняет переход к единой транспортной (следовательно, и к телекоммуникационной) сети.
Проблемы эффективности телекоммуникационных сетей
Известно немало стандартов ITU и ISO, определяющих реализацию функций целостности, достоверности и надежности информационного обмена на разных уровнях функциональной архитектуры телекоммуникационных сетей. На прикладном уровне это — CCR сервис; на сеансовом — механизм ресинхронизации информационного обмена; на транспортном — управление потоком с помощью метода окон с квитированием группы безошибочно и без потерь доведенных пакетов, помехоустойчивое кодирование циклическим кодом; на сетевом уровне и уровне звена данных — помехоустойчивое кодирование циклическим кодом и повторная передача дошедших с ошибками блоков информации. Вместе с тем известно, что накладные расходы на обеспечение требуемого качества услуг по передаче различных видов информации составляют 70—80% (в пересчете на долю пропускной способности первичной сети) при реализации всей совокупности протоколов функциональной архитектуры (рис. 2) [7]. В результате возникают проблемы правильного выбора конфигурации сети, оптимизации ее архитектуры, анализа эффективности и надежности и т.д. [8]. Решить их можно исключительно в рамках теории обмена данными, которая еще только зарождается на основе принятого в ЭМВОС уровневого способа декомпозиции функций взаимосвязи. Пока остается открытым основной вопрос — если строить функциональную архитектуру в соответствии с принципами ВОС, оптимизируя протоколы в пределах уровня, гарантирует ли это получение оптимальных параметров для всех уровней телекоммуникационной сети в целом. Разработка математического аппарата анализа информационного обмена в телекоммуникационных сетях позволит оценить эффективность уже существующих сетевых технологий и обосновать принципы построения новых. На наш взгляд, это один из краеугольных камней развития телекоммуникационных систем, над которым необходимо работать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Филлипс Б. Мультимедиа и ЛВС. — Сети и системы связи, 1996, № 5.
2. Бекман Д. Стандарт SNMPv3. — Сети и системы связи, 1998, № 12
3. Якубайтис Э. А. Открытые информационные сети. — М.: Радио и связь, 1991.
4. Микулин Б. Н., Сидоров К. А. О концепции создания государственного профиля взаимосвязи открытых систем России (Госпрофиль — Р): Международная конференция “Региональная информатика — 96”. Тезисы докладов. Часть 1. — Спб., 1996.
5. Щербо В. К. Профили и функциональные стандарты в открытых системах. — PC Week, 1998, №14.
6. Щербо В. К., Козлов В. А. Функциональные стандарты в открытых системах. Часть 1. Концепция открытых систем. — М.: МЦНТИ, 1997.
7. Хламтак И., Франта У. Р. Высокоскоростные сети: обоснование, направления развития, проблемы. — ТИИЭР, 1990, т. 78, № 1.
8. Жигадло В. Э. Введение в теорию информационных сетей. — В кн.: Интернет в высшем учебном заведении. — Спб.: ВАС, 1998.
Представляем авторов статьи
БУРЕНИН Николай Иванович, доктор технических наук, академик МАИ, профессор кафедры Военного университета связи. Автор более 250 публикаций и патентов. Область научных интересов — телекоммуникационные сети и их эффективность, новые сетевые и информационные технологии.
ЖИГАДЛО Валентин Эдуардович, кандидат технических наук, докторант кафедры Военного университета связи. Автор более 150 публикаций и патентов. Область научных интересов — телекоммуникационные сети и их эффективность, новые сетевые и информационные технологии.
Контактный телефон — (812) 348-273
Мощный всплеск в развитии информационных и сетевых технологий пришелся на последние пять—семь лет. Главным образом, его обусловили высокоскоростные оптиковолоконные системы, а также средства радиорелейной и космической связи повышенной пропускной способности. Важную роль сыграли и новые высокопроизводительные персональные компьютеры, обеспечившие обработку мультимедиа-информации (рис. 1).
Как известно, новые информационные технологии реализуются прикладными процессами в системах пользователей. Можно выделить три направления их разработки и внедрения с точки зрения последующей передачи мультимедиа-информации через телекоммуникационные сети.
Одно из них – создание единых методов представления и обработки различных видов информации с целью сформировать полную архитектуру мультимедиа. Примеры таких разработок — стандарт фирмы Digital на единую архитектуру представления документов CDA (Compound Document Architecture), стандарты IBM объединенной архитектуры представления документов при передаче MODCA (Mixed Object Document Connect Architecture) и архитектуры обмена информацией IIA (Information Interchange Architecture). Фирма ICL в рамках общей стратегии создания открытой архитектуры мультимедиа (OPEN Framework) работает над специальной программой для мультимедиа – MMS (Multimedia Specialisation). Международная организация стандартов ISO также разрабатывает стандарты единых форм представления инженерной информации для документов, графики и т.д. (STEP – Standard for the Exchange of Product model data ISO/TC184/SC4/WG1). И разумеется, это протоколы рассылки гипертекстовой информации HTTP (Hyper Text Transfer Protocol, разработчик – консорциум W3C, World Wide Web Consortium), которые также претендуют на роль основы единой архитектуры представления и передачи документов с различной мультимедиа-информацией.
Второе направление – совершенствование методов работы с изображением и звуком. Здесь надо упомянуть стандарт ISO на формат представления графической информации CGM (Computer Graphics Metafile – ISO 8632-87), стандарты ISO и Международного союза электросвязи ITU для фотографий и движущихся изображений рабочих групп JPEG (Joint Photographic Expert Group) и MPEG (Motion Picture Expert Group), соответственно, а также для телевидения высокой четкости HDTV. Консорциум W3C разработал новый графический формат PNG (Portable Network Graphics), использующий более эффективные алгоритмы сжатия, чем популярные форматы GIF и JPEG.
Кроме того, ведется поиск новых способов взаимодействия с телекоммуникационными сетями. Так, стандарт ODA (Open Document Architecture, ISO 8613-92), первоначально определявший спецификации обработки электронных аналогов бумажных документов, сейчас является моделью, которую можно расширять для представления любой воспринимаемой человеком информации (расширение HODA – Hyper Open Document Architecture). Начаты работы над согласованными с HODA стандартами ISO для обмена и операций с документами: SGML (Standard Generalized Markup Language, ISO 8879-86), DSSSL (Document Style Semantics and Specification Language, ISO/IEC JTC1/SC18/WG8), SPDL (Standard Page Description Language). Данные стандарты, изначально предназначенные для взаимодействия между приложениями, расширены ISO в рамках “открытой модели EDI” и будут применяться ко всем формам информации, воспринимаемой или обрабатываемой человеком либо приложением.
Сегодня средствами мультимедиа, которые могут претендовать на роль стандартов, занимаются многие фирмы и научные организации мира. Перспективные разработки ведутся и в России. Так, в области единых методов представления и обработки мультимедиа-информации работают ЛОНИИС и НПП “Рубин”, новые подходы к работе с изображением и звуком создаются специалистами Центра цифровой обработки сигналов при Университете телекоммуникаций, НИИ телевидения, Военной академии связи. Но в целом все ведущиеся разработки еще очень далеки от совершенства. Между тем отсутствие единых стандартов мультимедиа ощущается весьма остро. То, что происходит сейчас в области стандартизации мультимедиа и ее сетевых приложений, очень напоминает ситуацию с разработкой телекоммуникационных стандартов до создания эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС, модель OSI). Для координации этих работ создана Ассоциация производителей программных и аппаратных средств мультимедиа IMA (Interactive Multimedia Association), в которую вошли большинство производителей рабочих станций (Sun Microsystems, Apple Computer, Microsoft, Hewlett-Packard).
Процесс совершенствования систем мультимедиа активно влияет на появление новых сетевых технологий (табл. 1). Они развиваются в двух направлениях. Одно из них – создание методов высокоскоростной передачи видео- и аудиоинформации в реальном масштабе времени, основанных на новых способах коммутации и высокоэффективных протоколах передачи данных через надежные цифровые каналы. В качестве примера такой технологии для городских и территориальных сетей можно назвать службу мультимегабитовой передачи данных с коммутацией пакетов SMDS (Switched Multimegabit Data Service) – идеальное средство для одновременного высокоскоростного доступа к приложениям, работающим в разных локальных сетях. Кадровая ретрансляция FR (Frame Relay) – дальнейшее развитие протокола Х.25 – представляет собой механизм доступа к сети быстрой коммутации пакетов (например, ATM).
Технология асинхронной ретрансляции кадров ATM (Asynchronous Transfer Mode), предназначенная для передачи пакетов фиксированной длины, позволяет строить как глобальные, так и локальные высокоскоростные сети, допускающие режимы быстрой коммутации пакетов и мультиплексирования разнообразного трафика (речи, графики, видео, музыки и т.д.). Расширение полосы пропускания (до 100 Мбит/с) для локальных и городских сетей на расстоянии до десятков километров обеспечивает распределенный оптиковолоконный интерфейс данных FDDI (Fiber Distributed Data Interface), а до 100 м – распределенный интерфейс обмена данными по экранированным и неэкранированным медным витым парам CDDI (Copper Distributed Data Interface).
Оптиковолоконная технология FC (Fibre Channel) с коммутацией физических соединений и пакетов без установления соединения с подтверждением доставки, допускающая широконаправленное вещание без установления соединения и без подтверждения доставки, позволяет передавать данные на сверхвысоких скоростях (100 Мбит/с—1 Гбит/с) на расстояние до 10 км. Новые горизонты открывает технология WDM (Wavelength Division Multiplexing), позволяющая одновременно работать десяткам лазеров-источников по одномодовому оптоволокну. 100VGAnyLAN – пример практической реализации нового стандарта IEEE 802.12, определяющего технологию передачи данных в сетях Ethernet и Token Ring со скоростью 100 Мбит/с по неэкранированной и экранированной витой паре категорий 3–5 или оптическому волокну.
Дальнейшее развитие таких популярных сетей, как Ethernet и Token Ring, – технологии Switched Ethernet (Switched Token Ring). Они используют метод коммутации виртуальных каналов с гарантированной пропускной способностью. В результате обеспечивается заданная полоса пропускания для наиболее чувствительных к задержкам приложений (оперативная обработка транзакций, передача мультимедиа информации). Доступ всех устройств к сети происходит через стандартные адаптеры Ethernet, Token Ring, FDDI. При этом задействуются существующие кабельные системы, исключается микросегментирование сети посредством маршрутизаторов и мостов. Пакеты передаются только между абонентом-источником и абонентом-получателем. При одновременном возникновении в сети нескольких сеансов для каждого из них создаются виртуальные каналы с пропускной способностью 10 Мбит/с.
В марте 1996 года комитет IEEE 802.3 одобрил проект стандартизации Gigabit Ethernet 802.3z – совокупность протоколов для локальных сетей и сетей университетских городков (кампусных сетей). Через два месяца 11 фирм (3Com, Bay Networks, Cisco Systems, Compaq Computer, Granite Systems, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun Microsystems Computer, UB Networks и VLSI Technology) организовали альянс Gigabit Ethernet Alliance (GEA). Его задача – расширить технологии Ethernet и Fast Ethernet для более высоких скоростей, а также разработать процедуры тестирования продуктов различных поставщиков. Сейчас в альянс входят более 100 компаний. Он обеспечивает обратную связь между комитетом IEEE 802.3 и производителями сетевого оборудования. Gigabit Ethernet охватывает различные среды: одномодовое и многомодовое оптическое волокно, экранированную и неэкранированную витую пару... В него входят физические интерфейсы, отраженные в спецификации стандартов 802.3z (1000Base-X) и 802.3ab (1000Base-T). Все они основываются на стандарте физического уровня Fibre Channel (подуровни FC0 и FC1) (табл. 2). Не дожидаясь окончательной стандартизации Gigabit Ethernet, разрабатывают предварительные спецификации стандарта 10G Ethernet (скорость передачи 10 Гбит/с). Начало поставок первых партий оборудования 10G Ethernet планируется на 2001 год.
Другое направление – разработка специальных наборов протоколов, гарантирующих заданную пропускную способность по уже существующим сетям. В разработке протоколов управления трафиком реального времени аудио- и видеоданных в таких сетях лидируют фирмы White Pine Software, Progressive Networks и Cisco Systems [1]. Так, White Pine Software разработала средство проведения видеоконференций в Internet (CU SeeMe), Progressive Networks создала кодек видеоинформации (Real Audio), а Cisco Systems – операционную систему Internetworking Operating System. Последняя управляет трафиком мультимедиа, обеспечивает пропускную способность не ниже установленного предела, поддерживает адаптивные алгоритмы управления очередями в зависимости от типа передаваемой информации и др. ITU уже разработаны три группы рекомендаций: серии Т-120 – многоточечная передача данных в реальном масштабе времени для обмена аудиовизуальной и аудиографической информацией; серии Н-320 – передача мультимедиа информации и принципы организации видеотелефонной односторонней и многосторонней связи в пакетных сетях; серии Н-260 и Н-220 – управление вызовами, потоковые процедуры передачи в пакетных сетях и функции видеокодека.
Недавно Международный консорциум по мультимедийным телеконференциям (International Multimedia Teleconferencing Consortium, IMTC) опубликовал соглашение Voice-over-IP Forum Service Interoperability Implementation Agreement. Этот документ содержит рекомендации по стеку и оптимальному числу протоколов при построении согласованной архитектуры для передачи речи в пакетных сетях. Помимо перечисленных спецификаций ITU, рекомендации включают ряд протоколов Internet, в том числе DNS (Domain Name System), UDP (User Datagram Protocol), IP (Internet Protocol), ТСР (Transmission Control Protocol) и др. Специалисты IMTC также разрабатывают протоколы для Voice-over-FR.
В свою очередь проблемная группа Internet (IETF, Internet Engineering Task Force) ведет интенсивные исследования в области создания протоколов передачи мультимедиа-информации в сетях TCP/IP. Работы IETF охватывают несколько направлений [1]. Так, разрабатываются протоколы для расширенной адресации и многоадресной передачи информации пользователей и служебной информации в IP-сетях. Готовы новые версии протокола IP – IPv6, IPsec, ориентированные на обмен информацией различного вида (текстовой, аудио, видео), с возможностью широковещательной рассылки и усиленными функциями безопасности. Создан протокол ICMP (Internet Control Message Protocol), обеспечивающий обработку и передачу управляющих сообщений об ошибках пересылки пакетов пользователей. Он используется совместно с расширенным протоколом управления ESNMP (Extended Simple Network Management Protocol). Подготовлен проект протокола управления SNMPv3, реализующего новую комплексную версию обеспечения безопасности и ориентированного на поддержку оборудования Gigabit Ethernet [2].
Проблему качества обслуживания по требованию решает работающий над IP протокол RSRVP (ReSource ReserVation Protocol) — коммерческий вариант протокола ST-II, разработанного для МО США. Его назначение — передача аудио- и видеоинформации в сетях IP с многоадресной рассылкой данных и резервированием ресурсов. Новый транспортный протокол RTP (Real-Time Transport Protocol) — альтернатива протоколу TCP. RTP распознает содержимое пакетов (данные, звук, видеоинформация в форматах MPEG и H.261) и выявляет потери данных. Он призван снизить задержки до уровня, допустимого для организации видеоконференцсвязи. Дополнительно к RTP разрабатывается протокол RTCP (Real-Time Transport Control Protocol), вместе с TCP управляющий передачей данных и обеспечивающий “адаптивную обратную связь”. Благодаря этому приложения смогут оперативно отслеживать флуктуации нагрузки в сети и автоматически подстраивать параметры сеансов связи.
Для проверки эффективности и совершенствования новых протоколов в Соединенных Штатах развернуты две программы по созданию фрагментов исследовательских телекоммуникационных сетей. Программа Internet 2 (I2), начатая в 1997 году, предполагает развертывание одной исследовательской сети. Ее финансирует некоммерческий консорциум, состоящий из университетов и частных фирм. I2 базируется на готовых технологиях, принятых и разрабатываемых стандартах. Некоторые исследования программы носят закрытый характер. Разработчики программы I2 сосредоточили свои усилия на обеспечении связи между кампусами участников проекта, обновлении инфраструктуры кампусных сетей, разработке перспективных приложений и оборудования, а также точек доступа к сети с гигабитной скоростью — GigaPOP (gigabit-per-second points of presence). В проекте — создание национального центра GigaPOP, который позволит свести все компоненты системы в единое целое. Главная задача I2 — построение полностью работоспособной мультимедийной сети не более чем за год.
NGI (Next Generation Internet) — программа создания сети Internet следующего поколения, инициированная в 1996 году президентом Клинтоном и полностью финансируемая из федерального бюджета. Цель проекта — поддержка сетевых приложений следующего поколения. Почти все исследования в рамках NGI носят открытый характер. Поэтому их результаты станут доступны рядовым пользователям раньше, чем достижения программы I2. NGI предусматривает развертывание двух сетей для научно-исследовательских задач и поддержки проектов федеральных органов. Кроме того, как и в I2, сети планируется использовать для разработки перспективных приложений. Все компоненты проекта NGI направлены на создание безопасной, надежной комплексной сетевой структуры. Цель базовых исследований — развитие оболочки сетевых технологий. NGI ориентируется не на готовые коммерческие технологии, а на продукты федеральных исследовательских программ.
Проблемы телекоммуникационных технологий
Существует ряд проблем, препятствующих массовому внедрению новых решений в телекоммуникационные и информационные сети. Прежде всего, нет единых международных стандартов на большинство описанных в статье новых информационных и сетевых технологий. В ряде стран (США, страны ЕС и др.) уже созданы и специфицированы (или специфицируются) правительственные профили взаимосвязи открытых систем GOSIP (Government Open Systems Interconnection Profile), основанные на протоколах ISO [3]. В России проект Государственного профиля взаимосвязи открытых систем (первая версия “Госпрофиля ВОС”) был принят в 1995 году. Он определяет взаимоувязанный набор базовых и функциональных стандартов, касающихся услуг по передаче разных видов информации в различных распределенных и локальных сетях. Проект опирается на стандарты ISO и ITU [4—6].
Наряду с телекоммуникационными сетями на основе стандартов ISO широкое распространение получили (в основном, благодаря бурному развитию Internet) сети на основе семейства протоколов TCP/IP*. Основные протоколы TCP/IP в их современном виде были созданы в 1977—1979 годах, еще до разработки ЭМВОС. После того, как ISO построила ЭМВОС, специалисты были уверены, что стандарты этой организации вскоре вытеснят протоколы IETF. Однако к началу 90-х годов стало ясно, что стандарты ISO с их глубокой теоретической проработкой, строгим формальным описанием, максимальной общностью и функциональностью еще не скоро заменят более простые протоколы TCP/IP. Продукты IETF проще в реализации и интеграции с распространенными операционными системами (Unix, Windows), требуют меньше ресурсов среды при взаимосвязи. Кроме того, достаточно развит набор прикладных программ протокольного профиля TCP/IP: “электронной почты” — SMTP (Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол пересылки почты), передачи файлов — FTP/TFTP (File Transfer Protocol /Trivial File Transfer Protocol — протокол передачи файлов/простой протокол передачи файлов), виртуального терминала — Telnet и др.
Несмотря на то, чтов будущем переход к реализации модели ВОС в полном объеме неизбежен, в ближайшие годы будут активно использоваться различные протокольные профили. Стек TCP/IP будет совершенствоваться в направлении конвергенции с протоколами ISO и максимально возможного использования их функциональности. Пример тому — протокол обмена управляющей информацией CMOT (Common Management Information Protocol over TCP/IP) для сетей TCP/IP, разработанный ISO на основе CMIP (Common Management Information Protocol X.711, ISO/IEC 9596-1). Поэтому единый протокольный профиль современных телекоммуникационных сетей должен поддерживать как стандарты ISO, так и IETF (чего нет в “Госпрофиле ВОС”). Необходима также поддержка вновь создаваемых протоколов с целью интеграции сетей различной функциональной архитектуры с разными протокольными профилями.
Отметим и такие проблемы, как отсутствие единой модели (аналогичной ЭМВОС), объединяющей информационные технологии в одну систему. Для России, к тому же, характерна слабая стандартизация в области новых технологий и недостаточная гибкость принятого государственного профиля (не поддерживается стек протоколов TCP/IP в целом, а также большинство новых технологий). Это затрудняет интеграцию существующих сетей электросвязи и усложняет переход к единой транспортной (следовательно, и к телекоммуникационной) сети.
Проблемы эффективности телекоммуникационных сетей
Известно немало стандартов ITU и ISO, определяющих реализацию функций целостности, достоверности и надежности информационного обмена на разных уровнях функциональной архитектуры телекоммуникационных сетей. На прикладном уровне это — CCR сервис; на сеансовом — механизм ресинхронизации информационного обмена; на транспортном — управление потоком с помощью метода окон с квитированием группы безошибочно и без потерь доведенных пакетов, помехоустойчивое кодирование циклическим кодом; на сетевом уровне и уровне звена данных — помехоустойчивое кодирование циклическим кодом и повторная передача дошедших с ошибками блоков информации. Вместе с тем известно, что накладные расходы на обеспечение требуемого качества услуг по передаче различных видов информации составляют 70—80% (в пересчете на долю пропускной способности первичной сети) при реализации всей совокупности протоколов функциональной архитектуры (рис. 2) [7]. В результате возникают проблемы правильного выбора конфигурации сети, оптимизации ее архитектуры, анализа эффективности и надежности и т.д. [8]. Решить их можно исключительно в рамках теории обмена данными, которая еще только зарождается на основе принятого в ЭМВОС уровневого способа декомпозиции функций взаимосвязи. Пока остается открытым основной вопрос — если строить функциональную архитектуру в соответствии с принципами ВОС, оптимизируя протоколы в пределах уровня, гарантирует ли это получение оптимальных параметров для всех уровней телекоммуникационной сети в целом. Разработка математического аппарата анализа информационного обмена в телекоммуникационных сетях позволит оценить эффективность уже существующих сетевых технологий и обосновать принципы построения новых. На наш взгляд, это один из краеугольных камней развития телекоммуникационных систем, над которым необходимо работать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Филлипс Б. Мультимедиа и ЛВС. — Сети и системы связи, 1996, № 5.
2. Бекман Д. Стандарт SNMPv3. — Сети и системы связи, 1998, № 12
3. Якубайтис Э. А. Открытые информационные сети. — М.: Радио и связь, 1991.
4. Микулин Б. Н., Сидоров К. А. О концепции создания государственного профиля взаимосвязи открытых систем России (Госпрофиль — Р): Международная конференция “Региональная информатика — 96”. Тезисы докладов. Часть 1. — Спб., 1996.
5. Щербо В. К. Профили и функциональные стандарты в открытых системах. — PC Week, 1998, №14.
6. Щербо В. К., Козлов В. А. Функциональные стандарты в открытых системах. Часть 1. Концепция открытых систем. — М.: МЦНТИ, 1997.
7. Хламтак И., Франта У. Р. Высокоскоростные сети: обоснование, направления развития, проблемы. — ТИИЭР, 1990, т. 78, № 1.
8. Жигадло В. Э. Введение в теорию информационных сетей. — В кн.: Интернет в высшем учебном заведении. — Спб.: ВАС, 1998.
Представляем авторов статьи
БУРЕНИН Николай Иванович, доктор технических наук, академик МАИ, профессор кафедры Военного университета связи. Автор более 250 публикаций и патентов. Область научных интересов — телекоммуникационные сети и их эффективность, новые сетевые и информационные технологии.
ЖИГАДЛО Валентин Эдуардович, кандидат технических наук, докторант кафедры Военного университета связи. Автор более 150 публикаций и патентов. Область научных интересов — телекоммуникационные сети и их эффективность, новые сетевые и информационные технологии.
Контактный телефон — (812) 348-273
Отзывы читателей
