Современный стандарт frame relay (FR) описывает протокол и интерфейс "пользователь-сеть" (ИПС) только для постоянных виртуальных каналов (ПВК), поэтому в основном используется в сетях со статическими методами и способами маршрутизации информационных потоков. Вместе с тем при создании глобальной широкополосной FR-сети, в которой будут применяться коммутируемые виртуальные каналы (КВК) и динамическое управление потоками информации, возникает необходимость объединения существующих корпоративных и локальных FR-сетей. Такая интеграция требует единого подхода к "философии" функционирования КВК и разработке стандарта интерфейса "сеть-сеть" (ИСС). В настоящее время разработкой и исследованием этого стандарта активно занимаются консорциум Frame Relay Forum (FRF), Американский национальный институт стандартизации (ANSI) и Международный союз электросвязи (МСЭ).

ИСС - это интерфейс (шлюз), основным назначением которого является обеспечение эффективного взаимодействия нескольких FR-сетей в рамках глобальной FR-сети с целью высококачественного обслуживания (с высокой вероятностью обслуживания заявки абонентов) пользователей при ведении ими информационного обмена. Следовательно, ИСС, в первую очередь, должен поддерживать высокоскоростную доставку данных, управление информационными потоками при возникновении перегрузок, сигнализацию и доставку служебной информации о состоянии канала связи. Проект стандарта FRF на ИСС аналогичен стандарту на ИПС, но, в отличие от последнего, рассматривает интерфейс локального управления (LMI) только с асинхронным дуплексным управлением (АДУ).

Коммутируемые виртуальные каналы

Общепризнанно, что FR становится более эффективным методом доставки сообщений при условии использования КВК (которые создаются только на период информационного обмена и "закрываются" сразу после него). Однако реализация КВК, кажущаяся на первый взгляд простой, представляет собой наиболее сложную проблему при стандартизации протоколов и интерфейсов FR. Это связано, в первую очередь, с различными взглядами производителей и международных организаций на применение КВК в сетях FR. Более того, существует точка зрения, в соответствии с которой вообще ставится под сомнение необходимость КВК. Поэтому FRF не принял стандартов на применение КВК.

Для цифровых сетей с интеграцией услуг был принят только один стандарт (рекомендация МСЭ Q.933), который описывает системы сигнализации для служб ретрансляции кадров. FRF согласился лишь с тем, что указанная рекомендация будет служить основой для будущего стандарта на использование КВК. Однако она посвящена лишь логической и процедурной характеристикам протокола FR для КВК в любых FR-сетях (не обязательно в цифровых сетях с интеграцией услуг).

Поля, используемые в кадре КВК, идентичны полям кадра LMI-процедур - за исключением полей "Вызываемый номер", "Тип сообщения" и "Информационные элементы".

Ретрансляция кадров и речевой трафик

Метод ретрансляции кадров разрабатывался как синхронный метод доставки данных в ISDN (и не только в ISDN). Соответственно, все реализующие этот метод механизмы и качество обслуживания (QoS) определялись для всех видов трафика, кроме речевого. Традиционные сети с пакетной коммутацией, использующие различные способы коммутации пакетов, обычно применяют низкоскоростные каналы связи и не имеют возможности доставки сообщений, чувствительных к задержке. Другими словами, для этих сетей характерна большая часто меняющаяся задержка доставки сообщений.

Известно, что такая задержка обуславливается, с одной стороны, скоростью коммутации в узле связи (УС), а с другой, пропускной способностью магистральной линии связи. Значительное снижение задержки может быть достигнуто за счет применения метода ретрансляции кадров и магистральных линий связи с высокой пропускной способностью. Таким образом, FR-сеть способна "транспортировать" чувствительный к задержкам трафик. Но одно дело - передача трафика данного типа по сети с динамической маршрутизацией, а другое - обеспечение приемлемого качества обслуживания пользователей.

Среди проблем, связанных с передачей речевого трафика, - необходимость обеспечения постоянной скорости такой передачи. Вся информация, которая содержится в оцифрованном по методу импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) речевом сигнале, передаваемом со скоростью 64 кбит/с, важна для восстановления исходного речевого сообщения на приемной стороне. Однако разработаны методы, которые дают возможность снизить требования к полосе пропускания оцифрованного речевого сигнала:

компрессия (сжатие). Благодаря ей можно снизить скорость с 64 до 8 кбит/с и менее. Во многих известных мультиплексорах реализованы алгоритмы, позволяющие уменьшить скорость передачи. Нижний предел сжатия речевого сигнала еще не достигнут, исследования в данной области продолжаются. Конечно, при увеличении степени компрессии это начинает сказываться на качестве восстанавливаемого речевого сообщения. Однако человеческое ухо способно уловить и распознать речь, которая была подвергнута очень сильному сжатию;

детектирование шума (подавление речевых пауз). Исследования показывают, что типичная человеческая речь на 60-70% состоит из пауз. Их необходимо детектировать, чтобы исключить передачу шума через сеть и тем самым обеспечить высокую эффективность ее функционирования.

Эти и другие методы могут с успехом использоваться при пакетировании оцифрованных речевых сообщений. В настоящее время проводятся активные работы по их стандартизации и внедрению в различные службы передачи речевого трафика в пакетной форме. Большинство проблем стандартизации связано с "природой" самих сетей с пакетной коммутацией. В первую очередь, это относится к нумерации пакетов, которая необходима для обеспечения гарантированной доставки пакетов в их естественной последовательности. Дело в том, что пакеты могут иметь различные внутрисетевые задержки, обусловленные всевозможными экстремальными ситуациями в сети - отказами линий и узлов связи, перегрузками, блокировками и т. п.

ITU-T принял Рекомендацию G.764, которая определяет механизм сегментирования оцифрованного речевого сигнала и формирования соответствующих пакетов. Однако этот стандарт не решает многих проблем, к которым относятся:

детектирование шума с целью снижения объема входного трафика. Необходимо детализировать процедуры анализа входного речевого трафика, подавления речевых пауз и передачи синхронизирующих последовательностей для определения начала и окончания речевых и "неречевых" последовательностей;

нумерация серий пакетов для обеспечения доставки последних в их естественной последовательности. В случае потери пакета возможно одно из двух решений: а) повторная передача пакета от источника (что резко повышает общесетевую задержку); б) передача адресату "паузы" в том месте последовательности, где должен был находиться утерянный пакет;

задержка при обеспечении синхронизации, цель которой - исключение нарушений в обслуживании пользователей. Процедура состоит из синхронизации всех пакетов, при передаче которых каждый УС вносит свою индивидуальную транзитную задержку. На приемной стороне входящие пакеты накапливаются в приемном буфере и поступают в ООД с постоянной задержкой.

С Рекомендацией G.764 тесно связана Рекомендация G.727, которая определяет процедуры обработки речевого сигнала в соответствии с алгоритмом адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ) и вводит понятия "информационных" и "дополнительных служебных" бит. Рекомендация G.727 устанавливает механизм разделения "речевого" пакета на составные части, в одной из которых размещаются информационные биты, а в другой - дополнительные служебные биты. Целью такого разделения является обеспечение возможности уничтожения (при необходимости) дополнительных служебных бит при доставке "речевых" пакетов, что приводит к уменьшению длины последних. А это, в свою очередь, способствует снижению сетевой нагрузки.

Базовая FR-сеть должна обеспечивать следующее:

требуемое качество обслуживания, что подразумевает малую вероятность ошибки и предоставление пользователю минимально необходимой пропускной способности. Сеть должна поддерживать доставку ООД абонентов всех пакетов, содержащих информационные биты (АДИКМ), при любых условиях функционирования;

возможность обслуживания пользователей, имеющих различные приоритеты. Чувствительный к задержке трафик должен иметь наивысший приоритет; при его передаче аппаратура канала данных (АКД) должна приостанавливать передачу другого трафика (сообщений, находящихся в выходной очереди). Это важное свойство сети пока не отражено в международных стандартах и его реализация полностью зависит от производителей аппаратно-программных средств для FR-сетей;

специальные процедуры, с помощью которых уничтожаются дополнительные служебные биты и, одновременно, защищаются информационные биты. Их использование позволит избежать негативных последствий, связанных с сетевой перегрузкой, которая снижает качество речевого сообщения;

применение методов подавления речевых пауз и/или компрессии речевого сигнала (в точках доступа), благодаря которым можно будет минимизировать объем трафика, передаваемого по сети;

уменьшение максимального размера кадров (наиболее вероятно - до 128 октетов) неречевого трафика. Это позволит избежать появления задержек, связанных с нахождением в очереди на передачу очень длинных кадров. Однако это требование противоречит основной цели применения сетей с ретрансляцией кадров, в соответствии с которой последние выступают в качестве транспортной среды между отдельными ЛС, использующими, как правило, кадры больших размеров;

достаточно большую скорость передачи в магистральных линиях связи с целью уменьшения задержки, связанной с распространением сигналов. Скорость должна составлять 2,048 Мбит/c и выше.

Если эти условия выполнены (т. е. речевым кадрам действительно присваивается наивысший приоритет, сеть обеспечивает низкую вероятность ошибки на бит, а также реализует методы передачи только информационных бит и удаления дополнительных бит), то существует возможность передачи речевого трафика через FR-сеть.

FRF принял только один стандарт для FR-сетей, специализирующихся на передаче речевого трафика. В нем была предпринята попытка "перенесения" Рекомендации ITU-T G.764, определяющей стандарты для пакетирования речевого трафика, в стандарты FR. На рис. 8 представлен механизм преобразования пакета G.764 в кадр FR. Пакет G.764 имеет две части, в первой из которых размещены информационные биты, а во второй - служебные. Следовательно, этот пакет может быть "вложен" в два кадра FR, один из которых включает в себя заголовок кадра и информационные биты, а другой - заголовок кадра и служебные биты.

АКД всегда будет устанавливать такое значение CIR, при котором кадры с информационными битами будут гарантированно доставляться через сеть. В кадрах с дополнительными битами DE (бит, указывающий на то, что при необходимости данный кадр можно уничтожить) будет всегда устанавливаться в "1" абонентским оборудованием (в точке доступа к сети). Следовательно, такие кадры будут восприниматься АКД как не требующие выделения дополнительного ресурса пропускной способности.

При таком подходе возможна передача речевого трафика через FR-сеть, но все процедурные детали механизма доставки должны быть заранее оговорены.

Будущее высокоскоростных сетей.

С принятием стандарта Gigabit Ethernet скорости передачи свыше 1 Гбит/с стали рассматриваться в качестве следующего ориентира. Что же эти новые технологии могут собой представлять и где они могут применяться?

В последние два года при упоминании в прессе или на компьютерных выставках слова Ethernet к нему часто добавляли Gigabit. В Ethernet нет ничего нового, однако достижение этой повсеместно применяемой технологией гигабитных скоростей ожидалось рынком с нетерпением, так что производители спешили опередить друг друга в предложении продуктов.

В конце июня 1998 г. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) ратифицировал стандарт Gigabit Ethernet 802.3z. Данный шаг был скорее формальностью, поскольку уже более года многие производят модули для каскадирования и коммутаторы в соответствии с данным стандартом. Между тем вместо того, чтобы почивать на лаврах после нескольких лет упорной работы над разработкой высокоскоростного стандарта, сетевая отрасль, похоже, не желает останавливаться на достигнутом и исследует возможности достижения скоростей свыше 1 Гбит/с.

Эти "мультигигабитные" технологии Ethernet находятся пока на начальном этапе своей разработки, поэтому еще рано составлять планы, как лучше распорядиться дополнительной пропускной способностью. Иными словами, время звонить местному дистрибьютору и спрашивать у него продукты быстрее Gigabit Ethernet пока не пришло. Однако мы думаем, что читателю будет небезынтересно познакомиться с состоянием дел в разработке более быстрых технологий 802.3 и стоящих на их пути препятствий. Появление подобных технологий открыло бы новые возможности для территориальных и глобальных сетей.

КОМУ ЭТО НУЖНО?

Учитывая, что стандарт IEEE 802.3z на Gigabit Ethernet был принят совсем не давно и что во многих корпоративных сетях только-только начинают осваиваться гигабитные технологии, возникает пессимистичный, но очевидный вопрос: кому нужна технология Ethernet со скоростями, превышающими 1 Гбит/с? Очевидно, мультигигабитные скорости необходимы не каждому и не во всякой сетевой среде, однако, согласно отраслевым экспертам, данные технологии найдут свое применение.

Дейв Робертс, директор по маркетингу маршрутизирующих коммутаторов Accelar из компании Bay Networks, считает, что сети Ethernet, функционирующие с мультигигабитными скоростями, постепенно займут место Ethernet на 1 Гбит/с. "С увеличением скорости переход будет происходить естественным образом во многом аналогично тому, как это имело место с 100BaseT и Gigabit Ethernet, — развивает он свою мысль. — Сначала новая технология применяется в основном на линиях между коммутаторами и в соединениях с серверами, т. е. там, где совокупные объемы передаваемых данных велики. По мере снижения стоимости она начинает реализовываться и в качестве интерфейса с клиентами". Робертс добавил, что технология Ethernet на 1 Гбит/с распространится на другие области сети помимо линий между коммутаторами, а мультигигабитная технология может занять место Gigabit Ethernet на магистрали.

Следующий этап развития Ethernet наступит, когда пользователям потребуются в магистральной сети скорости передачи данных, превышающие гигабитные. Кроме того, эта технология может применяться сетевыми компаниями в их конкурентной борьбе с поставщиками телекоммуникационных услуг. Этого мнения придерживается Лю Аронсон из лаборатории HP Labs компании Hewlett-Packard (вместе с другими исследователями он работает над проектом повышения объема передаваемых данных по существующим волоконно-оптическим кабелям).

Таким образом, магистральные сети станут первым местом применения мультигигабитных технологий, когда пропускная способность в 1 Гбит/с окажется для них недостаточной.