Транспортная сеть – совокупность путей сообщения, связывающих населенные пункты соответственно страны, региона (города). Транспортная сеть представляет собой один из важнейших элементов, характеризующих уровень потенциальной транспортной обслуживаемости определенной территории и мощность транспорта. Транспортную сеть страны или отдельного региона составляют железные и автомобильные дороги, морские и внутренние водные пути, воздушные трассы, магистральные трубопроводы. Для обозначения путей сообщения, связывающих важнейшие города и промышленные центры страны или региона применяют термин «магистральный транспорт ».

В этом смысле немагистральным является промышленный и городской транспорт. Пути для подъезда к складам, промышленным предприятиям, другим объектам ведомственного назначения называют подъездными путями .

Каждый вид наземного транспорта имеет путь , проложенный по поверхности земли. Под путь и устройство железных и автомобильных дорог, каналов, трубопроводов, подвесных дорог и конвейеров отводится полоса местности (полоса отвода ).

Водные пути – это пути сообщения морского и внутреннего водного транспорта. Морские пути – это маршруты, по которым следуют суда, преимущественно естественные, для них строятся причалы, порты, иногда искусственный фарватер или каналы. Внутренние водные пути – это внутренние водные пространства, используемые для судоходства и сплава леса. Они могут быть естественные (внутренние моря, озера и реки) и искусственные (каналы, искусственные водохранилища, шлюзованные реки).

Воздушные трассы предназначены для выполнения полетов воздушных судов, они соединяют воздушные пространства аэродромов и ограничиваются высотой и шириной; для взлета и посадки самолетов и вертолетов, аэродромно-технического обслуживания полетов оборудуются аэропорты с необходимой инфраструктурой.

Обязательным элементом транспортной сети являются начальные, конечные и промежуточные пункты, где формируются, расформировываются и переформируются грузовые и пассажирские потоки, их называют транспортные узлы . В транспортных узлах грузы готовятся к отправке, формируются партии грузов, происходит передача груза перевозчику и от перевозчика получателю, передача с одного вида транспорта на другой, кратковременное хранение грузов, расформирование партий груза и другие технологические операции. Функции транспортных узлов с развитием сервиса транспортных услуг расширяются. Погрузочно-разгрузочные пункты , выполнявшие роль приема, формирования партий грузов и отправки их в пункты назначения, постепенно трансформировались в терминалы – где мелкопартионные отправки трансформируются в полнопартионные для перевозок крупными партиями. Терминалы стали крупными грузообрабатывающими объектами транспорта с комплексной механизацией погрузочно-разгрузочных и складских работ; последнее время функции терминалов расширяются за счет транспортно-экспедиционных, таможенных, биржевых, информационных и прочих услуг, сопутствующих товародвижению. Появился новый термин для таких узлов – «хабы ».

Интенсивное развитие международных экономических связей потребовало новых подходов для сокращения времени на производство и реализацию продукции. Особое место в этой проблеме занимает скорость доставки грузов . Разница в средствах передвижения и путях сообщения, инфраструктуре, системах контроля и управления, нормативно-правовых требованиях в разных государствах приводят к увеличению стоимости транспортировки грузов в международном сообщении, зачастую к потере качества грузов и, как следствие, к потере рынка сбыта. Логистический подход к системам транспортировки показал необходимость создания так называемых коридоров на наиболее значимых направлениях движения грузов.

Транспортный коридор – это совокупность различных видов транспорта, работающих в одном направлении с учетом грузо- и пассажиропотоков при развитой транспортной инфраструктуре международного класса с унификацией требований к технике, технологии, информации, правовым взаимоотношениям и т.п. Единые технические требования, внедрение передовых технологий и создание единого информационного пространства для сопровождения и безопасности транспортного процесса являются условием эффективности работы в транспортных коридорах.

Рассмотрение данной темы невозможно без четкого представления что же такое вообще протоколы и транспортные сети.

Данную статью, на мой взгляд, необходимо начать некоторых пояснений и определений.

Во-первых,протоколом называют набор правил, позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Во-вторых, следует дать определение транспортным сетям и кратко описать их построения в соответствии с моделями (рис.1), предложенными в рекомендациях МСЭ-Т:

Транспортная сеть OTN-OTH (Optical Transport Network - Optical Transport Hierarchy, оптическая транспортная сеть – оптическая транспортная иерархия), рекомендации G.709, G.798, G.872, G873.1;

Итак, транспортная сеть связи (backhaul) - это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления. Но существует более тривиальное определение: транспортная сеть - это сеть, основной задачей которой является осуществление транспортной функции. Транспортная функция в свою очередь заключается в доставке информации по назначению, а именно: от одного порта данной сети к другому.

Как выше было сказано, основная функция транспортных сетей заключается в передаче, т.е. транспортировке информации между пунктами. Это может быть информация телефонных абонентов, пользователей Интернет, программы телевидения, различного рода управляющая информация для контроля и технологического обслуживания сети, сигналы взаимодействия между коммутационными станциями, информации учета и стоимости услуг – тарификация, выделение сигналов синхронизации и т.д.

Дав определение, мы можем перейти к моделям реализации транспортных сетей. Рассмотрение этих моделей не ставит целью доскональное исследование материала, это всего лишь даст лучшее представление о данном виде сетей.

Транспортная сеть SDH

Модель транспортной сети SDH представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень трактов (маршрутов передачи информации); уровень каналов.(см.рис.1)

Уровень среды передачи базируется преимущественно на оптоволоконных линиях (среда передачи), в которых создаются секции регенерации цифровых линейных сигналов и секции мультиплексирования цифровых данных, которые необходимы для устранения искажений линейных импульсных сигналов и восстановления их формы и мощности.

Уровни трактов сети SDH представлены двумя плоскостями: высокого и низкого уровней (порядков). Виртуальные контейнеры высокого и низкого уровней представляют собой циклические цифровые ёмкости, предоставляемые под загрузку информационными данными с подходящими скоростями. Понятие “виртуальности” этим цифровым блокам присвоено из-за специальных данных, называемых заголовками, в которых прописывается уникальный маршрутный идентификатор для адресного переноса каждого контейнера через транспортную сеть от источника информации до получателя. Благодаря непрерывной циклической передаче виртуальных контейнеров может поддерживаться однонаправленное и двунаправленное транспортное соединение – тракт или маршрут, рассчитываемое на различную пропускную способность в интересах потребителей транспортных услуг.

Уровень каналов сети SDH обеспечивает интерфейсы для пользователей транспортной сети. Учитывая, что транспортная сеть SDH является частью первичной сети связи, на уровне каналов производится согласование с вторичными сетями (пользователями), например, с телефонными сетями через потоки цифровых данных 2.048 Мбит/с (обозначается Е1), с компьютерными сетями Ethernet на скоростях передачи 10, 100 и 1000Мбит/с через сцепки виртуальных контейнеров и протоколы согласования (LAPS - Link Access Procedure SDH, GFP - Generic Framing Procedure). Все процедуры формирования цифровых блоков SDH происходят с использованием единого высокостабильного тактового механизма – тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Создание и поддержка всех соединений в сети SDH и контроль всех функций обеспечиваются системой управления, имеющей сеть выделенных каналов связи и средства протокольного взаимодействия через эти каналы.

Транспортная сеть АТМ

Модель транспортной сети АТМ представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень асинхронного режима передачи АТМ; уровень адаптации АТМ.(см.рис.1)

Уровень среды передачи в транспортной сети АТМ может быть реализован согласно стандартам АТМ (I.432) любой системой передачи, например, системой SDH. Допускается также использование любой среды и оборудования передачи (медные провода с модемами xDSL, радиоканалы с радиочастотными модемами, атмосферные оптические каналы, волоконно-оптические системы).

Уровень АТМ разбит на подуровни виртуального канала и виртуального пути. Эти подразделения уровня АТМ обусловлены форматом представления данных, называемых ячейками и имеющими ёмкость 53 байта, которая поделена на поле заголовка (5 байт) и поле нагрузки – сегмент пользователя (48 байт). Заголовок содержит идентификаторы ячеек, принадлежащих одному соединению, виртуальному пути VPI (Virtual Path Identifier) и виртуальному каналу VCI (Virtual Circuit Identifier).

Уровень адаптации АТМ выполняет функции интерфейса между транспортной сетью АТМ с её виртуальными соединениями и пользователями транспортных услуг (вторичными сетями связи), например, телефонными сетями, сетями Internet, локальными сетями Ethernet и т.д. При этом различным видам трафика определены различные типы уровневой адаптации AAL (AAL-1, AAL-2, AAL-3/4, AAL-5, ATM Adaptation Level), предусматривающие формирование различных по структуре сегментов для пользовательской нагрузки. Пользовательская информация, поступающая непрерывным потоком данных или случайными во времени пакетами, приспосабливается к процессу формирования сегментов, т.е. происходит согласование битовой скорости, исключаются неинформативные, т.е. пустые интервалы, формируются коды исправления ошибок для приёмной стороны и т.д.

Принципиальное отличие моделей транспортных сетей SDH и АТМ состоит в следующем:

Транспортный ресурс сети SDH – тракт высокого или низкого порядка предоставляется в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) постоянно, независимо от информационного потока и с фиксированной скоростью передачи, что часто является причиной низкой эффективности использования соединения, например, в телефонии с коммутацией каналов при активности канала от 0.1 до 1.0;

- транспортные ресурсы сети АТМ – виртуальный канал или виртуальный путь, поддерживаемые коммутаторами с маршрутными таблицами каждого соединения, предоставляются в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) только при наличии потока информационной нагрузки, т.е., когда ячейки АТМ формируются и следуют через физическую среду. В противном случае среда передачи предоставляется потокам ячеек других источников благодаря статистическому мультиплексированию на уровне АТМ. Это позволяет в несколько раз повысить эффективность использования физического соединения, например, тракта SDH.

Транспортная сеть OTN-OTH

Модель транспортной сети OTN-OTH представлена двумя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень сети OTN и уровень пользователя(см.рис.1).

Уровень сети OTN состоит из трёх физически и логически связанных подуровней: среды передачи сигналов с разделением по длине волны (WDM); оптических секций ретрансляции OTS (Optical Transmission Section) и мультиплексирования OMS (Optical Multiplex Section); оптических каналов OCh (Optical Channel) с нагрузкой в виде оптических транспортных блоков OTUk (Optical Transport Unit k) с включением в них блоков данных оптических каналов ODUk (Optical Data Unit k), которые, в свою очередь, включают блоки полезной нагрузки оптических каналов OPUk (Optical Channel Payload Unit k) . Индекс k соответствует иерархической ступени OTH (k=1,2,3,4) и указывает на циклы различные по длительности и скорости передачи.

Технология WDM, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность канала (к 2003 году достигнута скорость 10,72 Тбит/с , а к 2009 - 15,5 Тбит/с ) , причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон - для передачи в прямом и обратном направлениях).

Оптические секции ретрансляции OTS организуются внутри оптической секции мультиплексирования OMS для компенсации потерь оптической мощности в стекловолокне и компенсации дисперсионных искажений.

В оптической секции мультиплексирования формируются, передаются, обслуживаются и расформировываются отдельные оптические каналы, оптические волновые модули OTM с числом каналов до 16 (называемые также оптическими транспортными модулями), группы оптических модулей. Каждый оптический модуль может иметь отдельный оптический сервисный канал, в который включаются служебные данные для каждого OCh.

Оптический канал OCh выполняет функции регенерации цифрового сигнала, т.е. восстанавливает амплитуду импульсов, их форму и устраняет накопленные фазовые дрожания. Также производится оптическая модуляция и детектирование, контроль качества передачи цифровых данных в блоках OTUk и ODUk, и т.д.

Уровень сети OTN может поддерживать полностью оптическую сеть с оптической коммутацией, маршрутизацией, конвертацией оптических волн и защитой соединений.

Уровень пользователя оптической транспортной сети OTN-OTH выполняет функции интерфейса между транспортной сетью и сетями пользователей транспортных услуг, к которым относятся сети SDH, АТМ, Ethernet и др. Для эффективного согласования между сетями применяются различные протокольные решения по размещению данных пользователей в оптических каналах.

Это протоколы: общей процедуры формирования кадра GFP; протокол защищаемого пакетного кольца или пакетного кольца с самовосстановлением RPR (Resilient Packet Ring) и др. Протоколы позволяют согласовать циклическую передачу данных в оптических каналах со случайной во времени передачей пакетов данных различной емкости от пользователей, например, пакеты IP, MPLS или Ethernet.

Если сравнить три рассмотренные модели транспортных сетей, то можно отметить, что наибольший транспортный ресурс может обеспечить только модель сети OTN-OTH. При этом она поддерживает трансляцию данных сетей SDH и АТМ. Очевидно, что модель сети OTN-OTH предназначена для глобального масштаба, т.е. магистральных сетей связи с большим объёмом трафика и для сетей связи крупных городов-мегаполисов с развитой телекоммуникационной инфраструктурой.

Транспортная сеть Ethernet

Модель транспортной сети Ethernet состоит из двух уровней: уровень среды передачи кадров Ethernet и уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet.(см.рис.1)

Уровень среды передачи Ethernet может быть реализован на базе медных проводов, волоконных световодов, радиоканалов и атмосферных оптических каналов с использованием соответствующих конверторов сигналов (приёмопередатчиков), что характерно для локальных и городских сетей связи и это наиболее экономичное решение относительно других моделей транспортных сетей. При организации связи на большие расстояния (более 100км) уровень среды передачи может быть представлен транспортными сетями SDH, АТМ и OTN

Уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet состоит из двух подуровней: управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) и управления доступом к среде передачи MAC (Medium Access Control). Эти подуровни протокольные, т.е. их функции предписаны определенными алгоритмами для процессоров, которые формируют кадры с информационными данными и служебными сообщениями. Кадры с информационными данными создаются и отправляются случайно во времени, т.е. в зависимости от потока информационной нагрузки, или в потоковом режиме, когда нагрузка поступает непрерывно. Мультиплексирование кадров, управление их потоком, коммутация их в узлах, наблюдение соединений по потоку кадров из конца в конец или по участкам сети – всё это исполняет уровень формирования кадров. Также он обеспечивает интерфейс с источниками информационных данных (вторичными сетями, например, сетями IP, MPLS и т. д.).

Транспортные сети используют различные протоколы , например, такие, как

ISCSI, internet Small Computer System Interface – протокол для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами;

PPP, Point-to-Point Protocol – протокол “точка-точка”;

HDLC, High-level Data Link Control – высокоуровневый протокол управления на уровне звена передачи данных;

IP- протокол негарантированной доставки данных;

ATM- пакетно-ориентированный режим переноса информации, использующий метод асинхронного временного разделения

Использование каждого протокола можно рассматривать с учетом разных моделей построение сетей. Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур, например, виртуальных контейнеров в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet.

Более подробное описание видов и функций стандартов транспортных сетей будет изложено в следующих выступлениях.

Список литературы:

3. Транспортные сети и системы электросвязи. Под ред. Стеклова В.К.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ТРАНСПОРТНЫЕ СЕТИ»

Для студентов специальности 210709

«Многоканальные телекоммуникационные системы»

Разработано преподавателем ХИИК Некрасовой ЕМ

Хабаровск 2014

1 Классификация транспортных сетей (ТС). Обзор технологий для ТС
2 IP-телефония
2.1 Виды соединений в сети IP-телефонии
2.2 Шлюзы IP-телефонии
2.3 Протоколы IP-телефонии
2.4 Кодеки IP-телефонии
3 Качество обслуживания в мультисервисных IP-сетях
3.1 Технологии обеспечения качества пропуска мультимедийного трафика
3.2 Очереди и алгоритмы их обслуживания - основа QoS
4 Технология MPLS
Технологии MPLS Traffic Engineering (TE) и Fast Re Route (FRR)
5 Безопасные информационные систем 5.1 Симметричное и асимметричное шифрование
5.2 Механизм электронной цифровой подписи
6 Виртуальные частные сети (VPN) 31
6.1 Понятие "туннеля" при передаче данных в сетях
6.2 Архитектура VPN-сетей
6.3 Протоколы для организации VPN
6.4 MPLS VPN
7 NGN (Next Generation Network - сеть следующего поколения)
8 Архитектура современной сельской мультисервисной сети связи
9 Технология Metro Ethernet
10 Пассивные оптические сети (PON) – переворот в широкополосном доступе
11 Гибкие мультиплексоры. Мультиплексор ENE-04

Список литературы

1 Олифер В.Г. Олифер Н.А. Основы компьютерных сетей, учебник, – Спб.: Питер, 2009 г.

2 А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева. IP-Телефония – М.: Эко-трендз, 2003г.

3 С.В. Запечников, Н.Г. Миославская, А.И. Толстой основы построения виртуальных частных сетей, учебное пособие. – Горячая линия – Телеком, 2003 г.

4 Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet – СПб.: БХВ - Петербург, 2007г

5 Бакланов И.Г. «NGN: принципы построения и организации», - М.:ЭКО-ТРЕНДЗ, 2008 г

6 Б.С. Гольдштейн А.Б. Гольдштейн. «SOFTSWITCH» «БХВ – Санкт-Петербург» 2006г

7 Олифер В.Г. Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.

4-е издание – Спб.: Питер, 2010 г, 944 стр.

7 Гольдштейн B.C., Пинчук А.В., СуховицкийА.Л. IP-Телефония. - М.: Радио и связь, 2001с

Классификация транспортных сетей. Обзор технологий для транспортной сети (ТС)

«Ум заключается не только в знании,

но и в умении прилагать знание на деле»

Аристотель.

Сначала было слово. Слово содержало некую информацию, предназначенную для передачи от человека к человеку. И уж потом постепенно у людей сформировалось осознание того, что для нормального информационного обмена необходимы коммуникации - от голубиной почты и верблюжьих караванов до телефонов, компьютеров и волоконно-оптических магистралей. То, что произошло в мире телекоммуникаций сегодня, можно квалифицировать, скорее, как революцию, чем как эволюцию, настолько велико различие между тем, что представлял собою телефон вчера, и тем, как возросло распространение информации и влияние сети Интернет сегодня. Существующая сегодня телефонная сеть общего пользования (ТфОП) и, вместе с ней, сама технология коммутации каналов на стадии вымирания. Её место занимает сеть с коммутацией пакетов, которая будет обслуживать передачу речи, видеоинформации и данных. Процесс информатизации набирает обороты во всем мире. В современном глобальном мире уровень информатизации обеспечивает конкурентоспособность и безопасность страны.

Еще 10 лет назад любая технология связи могла бы просуществовать 20-30 лет. Теперь многие технологии «умирают» за 1-2 года, потому что оборудование связи очень сильно подвергается моральному износу (т.е. оборудование еще может функционировать, но оно уже не будет отвечать современным тенденциям и требованиям). А новое оборудование, устанавливаемое на станциях, нуждается в квалифицированных работниках, поэтому специалистам, работающим с новыми технологиями, требуется непрерывно повышать свои знания и улучшать навыки.

Грядущий переход Интернета на более эффективный протокол IPv6 поможет реализовать более сложные алгоритмы обслуживания абонентов и даже построить "интернет вещей", когда выход в сеть будут иметь и зубные щетки, и холодильники, и автомобили, а множество датчиков и сенсоров будут объединяться в самоорганизующиеся сети. А количество "пользователей" по линии "machine-tomachine" (или М2М) будет насчитывать десятки миллиардов устройств.

Связистам надо двигаться от потребителя и стараться сгенерировать действительно очень важные для него услуги, пусть даже и с его участием. И будет всем нам счастье. Ведь счастье подобно бабочке - чем усерднее ловишь его, тем успешнее оно ускользает. Но если вы перенесете свое внимание на другие вещи, оно придет и тихонько сядет вам на плечо.

Это было лирическое отступление. А теперь посмотрим на обложку данного учебного пособия, где приведён рисунок, иллюстрирующий понятия: «транспортной сети» и «сети доступа».

Транспортная сеть – это совокупность сетевых элементов, которые обеспечивают передачу трафика. Транспортной является та часть сети связи, которая вы­полняет функции переноса (транспортировки) потоков сообщений от их источниковиз одной сети доступа к полу­чателям сообщений другой сети доступа .

Сеть доступа – это совокупность сетевых элементов, обеспечивающих доступ абонентов к ресурсам транспортной сети с целью получения услуг. Сеть доступа связывает источник (приемник) сообщений с узлом досту­па, являющимся граничным между сетью доступа и транс­портной сетью.

Из рисунка на обложке пособия видно, что основными технологиями современной транспортной сети являются: WDM, NGSDH (SDH нового поколения), MPLS и, конечно, 10GE.

В современной сети доступа в настоящее время применяется громадное количество различных технологий, например: различные виды DSL (ADSL, HDSL, VDSL); различные виды оптического доступа (FTTH – оптика в квартиру, FTTB – оптика в здание, FTTC – оптика в уличный шкаф); различные виды радиодоступа (Wi-Fi, WiMAX, LTE), MetroEthernet, GPON и т. д.

По типу присоединяемых абонентских терминалов сети ВСС разделяются на:

сети фиксированной связи , обеспечивающие присоеди­нение стационарных абонентских терминалов;

сети подвижной связи , обеспечивающие присоедине­ние подвижных (перевозимых или переносимых) абонент­ских терминалов.

Кроме того, по способу организации каналов сети традиционно разделяются на первичные и вторич­ные (рисунок 1.1).

Первичная сеть представляет собой совокупность кана­лов и трактов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи (или физических цепей), соединяю­щих эти узлы. Первичная сеть предоставляет каналы пере­дачи (физические цепи) для вторичных сетей для образования каналов связи.

Вторичная сеть представляет собой совокупность ка­налов связи, образуемых на базе первичной сети путем их маршрутизации и коммутации в узлах коммутации и орга­низации связи между абонентскими устройствами пользо­вателей.

Рисунок 1.1 – Структура системы электросвязи

В основе построения классической системы электросвязи лежит первичная сеть, включающая в себя среду распространения сигналов и аппаратуру передачи сигнала, обеспечивающую создание типовых каналов и трактов первичной сети. Первичная сеть может быть построена на основе аналоговых систем передачи (АСП) или на основе цифровых систем передачи (PDH, SDH).

Типовые каналы и тракты первичной сети используются различными вторичными сетями: сетями телефонии, передачи данных, радиосвязи, телевидения, сетями сотой связи.

Очень важно понимать классификацию сетей связи по территориальному делению :

магистральная – это сеть, связывающая между со­бой узлы центров субъектов Российской Федерации. Магистральная сеть обес­печивает транзит потоков сообщений между зоновыми се­тями;

зоновые (или региональные) – это сети связи, образу­емые в пределах территории одного или нескольких субъ­ектов Российской Федерации (регионов);

местные – это сети связи, образуемые в пределах ад­мини­стра­тивной или определенной по иному принципу тер­ритории и не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские;

международная – это сеть общего пользования, присоединенная к сетям связи иностранных государств.

IP-телефония

Аббревиатура VoIP (Voice Over Internet Protocol) означает передачу голоса через интернет-протокол. Истоки технологии VoIP находятся в далеком 1876 году, когда американец Александр Белл осуществил первый телефонный звонок и запатентовал изобретенный им «говорящий телеграф» Это устройство не имело звонка, а вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Появление VoIP датируется 1995 годом, когда маленькая израильская компания VocalTec выпустила первую программу для интернет-телефонии. Программа называлась Internet Phone и была предназначена для звонков с домашнего компьютера.

В сетях на основе протокола IP все данные - голос, текст, видео передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями по одной и той же линии . При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.

Рисунок 2.1 – Соединение в сети с коммутацией пакетов

Аналоговый сигнал от абонента поступает в шлюз IP-телефонии .

В шлюзе происходит следующее : на первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование. На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов происходит в приёмном шлюзе также в несколько этапов. Сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться.

Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

Полученная таким образом последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.

Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.

В настоящей время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети:

1) через глобальную сеть Интернет (Интернет-телефония);

Технической основой построения транспортных сетей являются телекоммуникационные системы передачи синхронной цифровой ие­рархии (Synchronous Digital Hierarchy – SDH). Их внедрение на сетях связи началось в 80-е годы XX в. Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается то, что они не являются «производителями» информации, а предназначены только для высокоэффективной передачи и распределения цифровых потоков, формируемых как в традиционных структурах стандартной плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH), так и в новых телекоммуникацион­ных технологиях – ATM, B-ISDN и т.д. Все указанные выше цифровые потоки «транспортируются» в системах SDH в виде информационных структур, названных виртуальными контейнерами (Virtual Container – VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исход­ная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заго­ловками (Path Overheard – РОН). В общем случае дополни­тельные каналы предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административ­ной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Mainte­nance, ОАМ). Это обеспечивает высокие функциональные возможно­сти и высокую надежность сети связи.

Группы однотипных или разнотипных виртуальных контейнеров VC передаются между элементами транспортной сети (от отправителя информации к получателю) по линиям передачи в виде информаци­онных структур, называемых синхронными транспортными модулями Synchronous Transport Module – STM). «Транспортирование» STM осуществляется с разными скоростями передачи соответствующим различным порядком STM-1, 4, 16, 64. STM-N оснащаются соответст­вующими заголовками, обеспечивающими передачу STM с полной функцией ОАМ в пределах регенерационной секции (Regeneration Section OH – RSOH) и мультиплексорной секции (Multiplex Section ОН-MSOH). Упрощенная функциональная схема системы передачи SDH, которая является основным структурным звеном транспортной сети, приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Функциональная схема системы передачи SDH

На рисунке приведены два вида секций, которые называются «Регенерационная секция» и «Мультиплексорная секция».

«Регенерационная секция» представляет собой сегмент системы передачи между оконечным оборудованием сетевого элемента, в котором сигнал STM-N передается или принимается и регенератором, или между двумя смежными регенераторами.

«Мультиплексорная секция» – это средство передачи инфор­мации между двумя сетевыми элементами, в одном из которых формируется (собирается) сигнал STM-N, а в другом «разбирает­ся» до компонентных потоков. В общем случае транспортная сеть SDH состоит из мультиплексорных секций, для которых уровень SDH-сигнала может быть разным в зависимости от требуемой ем­кости канала передачи для каждой секции.

«Тракт» – означает логическое соединение между точкой системы передач SDH, в которой производится «сборка» виртуального контей­нера VC (например, из компонентных потоков PDH) и точкой, в кото­рой VC «разбирается». Тракт можно представить себе как трубку, проложенную через мультиплексорные секции, непосредственно со­единяющую две точки, между которыми осуществляется передача информации. Для «транспортировки» различных объемов цифровой информации разработаны виртуальные контейнеры различного типа. Для европейских потоков PDH таковыми являются:

VC низшего порядка (Low order VC, LOVC);

VC-12 для «транспортировки» Е1 = 2048 Кбит/с (2 М);

VC-22 для «транспортировки» Е2 = 8448 Кбит/с (8 М);

VC высшего порядка (High order VC, HOVC);

VC-3 для «транспортировки» ЕЗ = 34368 Кбит/с (34 М);

VC-4 для «транспортировки» Е4 = 139264 Кбит/с (140 М).

В зависимости от «емкости» виртуального контейнера различают тракты VC-12, VC-22 (низшего порядка) и тракты виртуальных кон­тейнеров VC-3, VC-4 (высшего порядка).

Виртуальный контейнер является элементарной единицей обраба­тываемой информации в транспортной системе SDH при мультиплек­сировании, перекрестных соединениях (кроссконнекция) и т.д. При этом нет необходимости доступа к «транспортируемой» информации, так как различная информация представлена в одном и том же виде, который именуется виртуальными контейнерами (в то же время к VC добавляется информация, необходимая для его обработки в пути следования).

Как указывалось выше, виртуальные контейнеры передаются меж­ду элементами транспортной сети в виде STM различного порядка. Основной (первичной) структурой для получения потоков STM явля­ется STM-1 с нормализованной скоростью передачи 155,52 Мбит/с. При этом, в зависимости от потребности сети, в цифровом потоке STM-1 возможна передача виртуальных контейнеров различного типа и в различных сочетаниях:

STM более высокого порядка могут быть получены из цифрового потока STM-1 простым синхронным мультиплексированием согласно рекомендации G.707 сектора телекоммуникаций Международного Союза электросвязи (МСЭ-Т):

Причем мультиплексирование, начиная с STM-4, осуществляется в оптическом диапазоне.

Информационные структуры STM-N передаются между элемента­ми транспортной сети по линиям передачи, организованным по воло­конно-оптическим кабелям связи, спутниковым линиям или по цифро­вым радиорелейным линиям (учитывая особенности мультиплексиро­вания, по ЦРРЛ можно передавать в электрическом виде только циф­ровой поток STM-1).

Характерной особенностью транспортных систем передачи SDH, показанных на рис. 2.1, является высокая степень резервирования как линейных трактов, так и основных узлов мультиплексорного оборудо­вания. Так, линии передачи между элементами сети обычно полно­стью резервируются (рис. 2.1), что позволяет избежать потерь огром­ных потоков информации при авариях (например, даже в первичном потоке STM-1 может передаваться трафик 1920 каналов ТЧ в режиме «транспортирования» потока 140 М).

Пример построения фрагмента транспортной сети с использо­ванием систем передачи SDH приведен на рис. 2.2. Как видно из рисунка, транспортная сеть предназначена для передачи любых информационных сообщений в цифровом виде. По своей сути транспортная сеть – это совокупность узлов коммутации, пунктов ввода отдельных цифровых потоков, линий передачи с регенерато­рами и мультиплексорами. Во всех узлах транспортной сети возможно переключение трактов для вывода и ввода информа­ционных потоков. Кроме того, в узлах сети тракты могут пере­ключаться в случае повреждений на линии передачи или в обо­рудовании.

Рис. 2.2. Фрагмент транспортной сети с использованием систем передачи SDH