Глава 4. Протоколы мультисервисных сетей связи
Дисциплина обмена информацией между различными сетевыми устройствами в архитектуре МСС определяется с помощью набора стандартных протоколов, которые, вообще говоря, модифицируются для решения возникающих время от времени проблем. Эти протоколы являются одним из основных элементов мультисервисных сетей (схема взаимодействия протоколов приведена на рис.4.1).
Рис. 4.1. Схема взаимодействия протоколов
Рис.4.1. Схема взаимодействия протоколов
Протокол H.323.Стандарт ITU‑T H.323 был разработан для обеспечения установки вызовов и передачи голосового и видеотрафиков по пакетным сетям, в частности Internet и intranet, которые не гарантируют качества услуг (QoS). Он использует протоколы Real‑Time Protocol и Real-time Transport Control Protocol (RTP/RTCP), разработанные группой IETF, а также стандартные кодеки ITU‑T серии G.xxx.
Протокол H.323 был первым в реализациях технологии VoIP, но под давлением индустрии он начал уступать позиции разработанному IETF протоколу SIP, который оказался проще и лучше масштабировался. Однако
ITU усовершенствовал протокол H.323, повысив скорость установления соединений и масштабируемость.
Session Initiation Protocol (SIP). Это протокол прикладного уровня, с помощью которого осуществляются такие операции, как установление, модификация и завершение мультимедийных сессий или вызовов по IP‑сети. В мультисервисных сетях SIP выполняет функции, аналогичные тем, которые реализованы в H.323. Сессии SIP могут включать мультимедийные конференции, дистанционное обучение, Internet‑телефонию и другие подобные приложения. Сегодня он претендует на роль международного стандарта.
Media Gateway Control Protocol. Протокол MGCP используется для управления шлюзами MG. Он разработан для архитектуры, в которой вся логика обработки вызовов располагается вне шлюзов, и управление выполняется внешними устройствами, такими, как MGC или агенты вызовов.
Модель вызовов MGCP рассматривает шлюзы MG как набор конечных точек, которые можно соединить друг с другом. Конечные точки могут быть либо физическими (такими, как аналоговая телефонная линия или цифровая магистраль), либо виртуальными (поток данных по соединению UDP/IP).
MEGACO/H.248. Протокол Media Gateway Control Protocol (MEGACO) должен заменить MGCP в качестве стандарта для управления шлюзами MG. MEGACO служит общей платформой для шлюзов, устройств управления многоточечными соединениями и устройств интерактивного голосового ответа.
Модель соединений, используемая MEGACO, концептуально более проста, чем для протокола MGCP. MEGACO рассматривает шлюзы MG как набор оконечных устройств, которые могут быть соотнесены друг с другом внутри определенного контекста. Оконечное устройство является источником или приемником медиапотоков. Как и в MGCP, оконечные устройства могут быть либо физическими, либо виртуальными. Соединение реализуется, когда одно оконечное устройство помещается в контекст другого. К примеру, переадресация вызова выполняется посредством перемещения оконечного устройства из одного контекста в другой, а видеоконференция будет инициализирована размещением нескольких оконечных устройств в общем контексте.
Протокол Signaling Transport — SIGTRAN представляет собой набор протоколов для передачи сигнальной информации по IP‑сетям. Он является основным транспортным компонентом в распределенной архитектуре VoIP и используется в таких устройствах, как SG, MGC, Gatekeeper (привратник).
SIGTRAN реализует функции протокола SCTP (Simple Control Transport Protocol) и уровней адаптации (Adaptation Layers). SCTP отвечает за надежную передачу сигнальной информации, осуществляет управление потоком, обеспечивает безопасность. В функции Adaptation Layers входит передача сигнальной информации от соответствующих сигнальных уровней, использующих службы SCTP. Эти протоколы ответственны за сегментацию и пакетирование пользовательских данных, защиту от имитации законного пользователя, изменения смысла передаваемой информации и ряд других функций.
Рассмотрим основные протоколы, используемые в мультисервисных сетях, более подробно.
1.3. Организация узла мультисервисной сети
Покажем один из вариантов организации узла мультисервисной сети.
Рис. 1.7. Возможный вариант схемы узла магистральной ATM сети.
Данный узел смонтирован на АТС, потому что на АТС находятся основные коммутационные центры и магистральные каналы. Кроме того, подобное размещение оборудования позволяет решить проблему гарантированного электропитания. В качестве транспортной среды для объединения узлов магистрали могут быть использованы незадействованные оптические волокна в существующем оптическом кабеле.
Расчетный центр подключается к магистральному узлу потоком Е1. Для подключения удаленных абонентов и коммерческих клиентов используются коммутируемые соединения и выделенные линии (ISDN, xDSL).
Для построения наложенных корпоративных сетей коммерческих клиентов, коммутаторы ATM комплектуются модулями с интерфейсами V.35 и Е1. Порты V.35 используются для подключения IP-шлюзов провайдеров IP-телефонии. Порты Е1 используются для передачи телефонного трафика наложенной корпоративной сети (например, ведомственной телефонной сети).
Наложенная FR строится с использованием устройств доступа FRAD, которые подключаются к коммутатору ATM, либо по физическим линиям через соответственные модемы по интерфейсу V.35 (показано на рисунке), либо по каналу Е1 SDH.
Для предоставления коммерческим пользователям доступ в Internet в узле устанавливаются маршрутизатор доступа, сервер доступа и аутентификационный сервер.
Для предоставления услуг IP-телефонии в узле устанавливается IP- шлюз.
Для защиты от несанкционированного доступа к информационным ресурсам узла устанавливается межсетевой экран.
Для предоставления услуги VPN устанавливается маршрутизатор доступа в Internet, поддерживающий протокол IPSec, и коммутатор ATM, поддерживающий протокол MPLS.
Для управления оборудованием региональной мультисервисной сети используется система управления сетью (NMS), управление оборудованием осуществляется по протоколу SNMP. Станция управления располагается в центре управления сетью или может быть организована непосредственно на узле.
1.4. Построение сети доступа
Сеть доступа должна обеспечивать индивидуальный доступ абонентов к мультисервисной сети, коллективный доступ (путем установки концентраторов в жилых зданиях или офисах) и доступ для корпоративных клиентов и бизнес-пользователей. Возможные виды доступа к мультисервисной сети перечислены на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Виды доступа
Технологии xDSL. Технологии xDSL (цифровая абонентская линия) разрабатывались для организации абонентской цифровой связи по существующим медным линиям. Эволюция передачи по медным кабельным линиям начинается от азбуки Морзе (10 бит/с) до технологии сверхскоростной абонентской линии VDSL (51 Мбит/с).
Первой из технологий DSL была технология ISDN, которая обеспечивает дуплексную передачу со скоростью 160 кбит/с по одной витой паре. Эта технология используется в сетях ISDN, а также применяется для уплотнения абонентских линий.
Высокоскоростная цифровая абонентская линия HDSL обеспечивает дуплексный обмен на скорости 2048 кбит/с. Для передачи могут быть использованы одна, две или три витые пары.
Симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия SDSL в отличие от HDSL работает на одной паре.
Асимметричная высокоскоростная абонентская линия ADSL обеспечивает скорость передачи до 8 Мбит/с в направлении от сети к абоненту (вниз) и до 1 Мбит/с в направлении от абонента к сети (вверх).
Сверхскоростная цифровая абонентская линия VDSL обеспечивает скорость передачи 51 Мбит/с.
Перечисленные технологии изначально разрабатывались как технологии абонентского доступа. Они рассчитаны на базовую дальность до 5-6 км без регенераторов. Но в реальности сфера применения xDSL шире, и они могут быть использованы для межстанционной связи.
Кабельные модемы. Для доступа в Internet, предоставляемого операторами сетей кабельного телевидения используются кабельные модемы. Кабельные модемы по своим характеристикам превосходят модемы ADSL. Они обеспечивают на абонентских участках скорость до 3 Мбит/с в симметричной конфигурации. В асимметричной конфигурации обеспечивается скорость до 40 Мбит/с в прямом направлении и до 10 Мбит/с в обратном. Кроме того, кабельные модемы могут быть применены для передачи речи через Internet (VoIP – голос поверх IP) и речи через ATM (VoATM).
Кабельные модемы открывают новые возможности с применением гибридной инфраструктуры доступа типа HFC, то есть применением коаксиального и волоконно-оптического кабелей.
На рис. 1.9 показан фрагмент сети KATV с кабельными модемами.
Рис. 1.9. Фрагмент сети KATV с кабельными модемами.
ТВ – приёмник телевизионный;
ТП – телевизионная приставка;
ПК – компьютер персональный;
ВоК – волоконно-оптический кабель;
УРП – узел распределения программ;
ТВС – телевизионная студия.
Коаксиальный кабель используется только на участке между концентратором и домом, а ВоК используется на участке между концентратором и центральной станцией УРП.
Кабельный адаптер используется для передачи телефонного трафика через комбинированную инфраструктуру. Это устройство не стандартизовано, есть только фирменные спецификации, но это устройство может быть частью кабельного модема.
Технологии беспроводного доступа. Технологии беспроводного доступа обеспечивают передачу данных, аудио информации и видео информации.
LMDS – технология, которая позволяет строить полностью беспроводные сети доступа для квартирных пользователей. Системы LMDS ещё называют системами сотового телевидения. Они используют диапазон частот 27-29 ГГц и для них наиболее типичная скорость передачи в сторону абонента составляет 38 Мбит/с.
Беспроводной доступ с применением радиорелейных систем с архитектурой “точка-многоточие” (ТМТ) обеспечивает широкополосный режим передачи в радиусе 35 км, высокую скорость и высокое качество. Есть недостаток: высокая стоимость таких систем как в расчете для всего абонентского участка, так и для расчета на одну линию.
Беспроводный абонентский доступ (WLL) обеспечивает абонентский доступ со скоростями несколько Мбит/с. Эта технология может составить конкуренцию проводным системам доступа. Технологии WLL используют следующие популярные стандарты:
- TDMA – это множественный доступ с временным разделением каналов;
- CDMA – это множественный доступ с кодовым разделением каналов;
- DECT – это европейский стандарт для бесшнуровых телефонных систем.
Решение пользователя о выборе системы доступа будет определяться характером предоставляемых услуг (т. е. скоростью передачи, стоимостью, степенью поддержки со стороны оператора и т. д.) и существующей доступной инфраструктурой. Наложенная кабельная сеть здания (HomePNA). Покажем на рис. 1.10 сеть коллективного доступа на базе технологии наложенной кабельной сети здания. 
Рис 1.10. Сеть коллективного доступа на базе HomePNA Сеть на базе оборудования Home PNA использует топологию «звезда» и топологию «шина». Используется коммутатор, который имеет несколько портов для подключения абонентов и один WAN-порт – для подключения к сети ПД. При этом абоненту гарантируется широкополосное соединение к Internet, а порт WAN подключается к сети ПД любым способом: выделенная линия, оптика, радио. Такое решение наиболее подходит для офисных комплексов, гостиниц и т.д. ТехнологияATMoverDSL. Технология ATMoverDSL обеспечивает полномасштабное применение асинхронной передачи на цифровых абонентских линиях. Покажем на рис. 1.11 работу устройства интегрального доступа NG-IAD. 
Рис. 1.11. Применение устройств NG-IAD в технологии ATMoverDSL Устройство NG-IAD со стороны пользователя имеет порты для подключения УПАТС, ЛВС, факс-модемов и компьютеров. NG-IAD может иметь порты Ethernet 10BaseT/100BaseTX для подключения к ЛВС, стандартный интерфейс V.35 и SDSL, ATM и T1. NG-IAD поддерживает также протокол маршрутизации RIP, протокол динамической конфигурации хостов DHCP и услуги сервера доменных имён DNS. Со стороны пользователя устройство преобразует речевой поток с помощью протокола адаптации ATMAAL-2, а поток пакетов – с помощью протокола адаптации ATM AAL-5.