SPIS TREŚCI:

1.WSPÓŁCZESNA INFRASTRUKTURA SIECI

2.SIECI PLEZJOCHRONICZNE PDH

3.ARCHITEKTURA SYSTEMU SONET

4.SIECI SYNCHRONICZNE SDH

5.POZIOMY ZWIELOKROTNIENIA

6.SIECI SYNCHRONICZNE ATM

7.ROZWÓJ SIECI OPTYCZNYCH

8.GRANICE PRZEPŁYWNOŚCI WDM

9.FRAME RELAY

9.1 CHARAKTERYSTYKA PROTOKOŁU FRAME RELAY 

9.2 ZALETY PROTOKOŁU FRAME RELAY. 
9.3 OGRANICZENIA PROTOKOŁU FRAME RELAY.
9.4 USŁUGA FRAME RELAY W SIECI TELBANK-ATM

9.5 PRZEKAZ GŁOSOWY VOFR

10.SIECI IP

10.1 APLIKACJE VOIPI

11.IDEA DZIAŁANIA MPLS

11.1ZASADA DZIAŁANIA MPLS

11.2 DYSTRYBUCJA ETYKIET - LDP

11.3 ZASADY PRZYPISYWANIA ETYKIET

11.4 SPECYFIKA OBSŁUGI QOS W SIECI MPLS

11.5 REALIZACJA SIECI VPN NA BAZIE MPLS

12. ATM CZY IP?

SIECI TELEINFORMATYCZNE

1.WSPÓŁCZESNA INFRASTRUKTURA SIECI.

W1910 r. Debye ogłosił teoretyczne podstawy światłowodu, ale musiało minąć ponad pół wieku, zanim został uruchomiony system światłowodowy o odpowiednich dla telekomunikacji parametrach (1972 r.). W 1975 r. firma Corning Glass wyprodukowała pierwszy użyteczny światłowód, za pomocą, którego była możliwa optyczna transmisja informacji przez modulację pro- mienia świetlnego w laserze półprzewodnikowym (opracowaną w 1970 r.).

W ostatnich trzydziestu latach nastąpił zasadniczy postęp w telekomunikacji, powodując zarówno upowszechnienie łączności światłowodowej, jak i cywilne użytkowanie zaawansowanych technologii bezprzewodowych. Optyczne i radiowe technologie, stosowane początkowo prawie wyłącznie

w dziedzinie militarnej, stały się z jednej strony podstawą popularnych

systemów komórkowych, takich jak GSM (G/oba/ System tor Mobile Com- munication), satelitarnych systemów komunikacji osobistej - S-PCN (Satellite Persona/ Communication Network) - czy systemów globalnego pozycjo- nowania - GPS (G/oba/ Positioning System), z drugiej zaś spowodowały gwałtowny rozwój szkieletowych i metropolitalnych sieci optycznych.

Postęp w dziedzinie półprzewodników zwiększa obecnie możliwości przetwarzania informacji mniej więcej dziesięciokrotnie, co 3-4 lata, co przekłada się na mniej więcej o tyle większą moc komutacyjną central cyfrowych, opartych głównie na serwerach. Z kolei postęp w zakresie technologii przekazów światłowodowych pozwala na około 10-krotne zwiększanie przepływności łączy optycznych średnio, co 4-5 lat. Tak szybkie zmiany stwarzają zupełnie nowe perspektywy tworzenia szerokopasmowych sieci telekomunikacyjnych, jeszcze niedawno wykorzystywanych wyłącznie do przekazów głosowych. Także bezprzewodowe systemy komunikacji dla użytkowników mobilnych ulegają szybkiemu rozwojowi.

Połączenia światłowodowe stają się obecnie głównym nośnikiem informacji multimedialnej, nie tylko w komunikacji dalekosiężnej, zapewniając wielokrotnie większe przepływności od uzyskiwanych w sieciach przewodowych i radiowych. Wykorzystanie wszystkich czterech okien transmisyjnych światłowodu do przekazów o charakterze cyfrowym, prosta instalacja wzmacniaczy optycznych ze strukturami półprzewodnikowymi lub włóknami domieszkowanymi EOFA (Erbium Doped Fibre Amplifier) i Ramana, a przede wszystkim zastosowanie nowych technik zwielokrotnienia falowego - DWOM (Dense Wave Division Multiplexing) - są podstawą tworzenia współczesnych

łączy i sieci telekomunikacyjnych o terabitowych przepływnościach, niedostępnych za pomocą jakiegokolwiek innego medium przekazu.

2.SIECI PLEZJOCHRONICZNE PDH

Plezjochroniczny system zwielokrotnienia PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) i transportu sygnałów cyfrowych, opartych na modulacji kodowo - impulsowej PCM, jest do tej pory powszechnie stosowany w teleko­munikacji.

Hierarchia plezjochroniczna PDH - zwana również prawie synchroniczna -określa sposób tworzenia strumienia zbiorczego 2048 kb/s z sygnałów elementarnych o podstawowej przepływności 64 kb/s oraz sposób zwielokrotnienia tych strumieni (2 Mb/s lub większych) na kolejnych poziomach multipleksaccji. Ponieważ zwielokrotnione strumienie są generowane przez różne urządzenia i różnią się nieznacznie między sobą 5 przepływnością, przejęta technika multipleksowania uzupełnia informację. Bity te są usuwane z procesu demultipleksacji.

Różne zasady zwielokrotnienia sygnałów doprowadziły do powstania wielu standardów transmisyjnych PDH, z których powszechne stosowany­mi są: japoński, amerykański i europejski. Różnią się one nie tylko prze­pływnością i zwielokrotnieniem na różnych poziomach, ale także organiza­cją przesyłanej informacji. Brak jest mechanizmów niwelujących te różnice, co utrudnia współdziałanie i podnosi koszt translacji przekazów działają­cych w różnych standardach.

Wysokie koszty wydzielenia i wprowadzania strumieni niższego pozio­mu złdo wyższego stanowią, kolejne ograniczenie stosowania PDH. Brak bezpośredniego dostępu do pojedynczych kanałów (64 kb/s), transmito­wanych w strumieniu o dużej przepływności, wymaga praktycznie demultipleksacji wszystkich strumieni składowych oraz ich ponownego zwielokrot­nienie w każdym wydzielającym węźle. Procedura taka, Oprócz tego, że ko­sztowna, obniża niezawodność całego systemu transmisyjnego.

inną niedogodnością systemu jest zbyt mała przepływność kanału sygnalizacyjnego, wynikająca z przyjętej struktury ramki transmitującej sy­gnały przez medium (30+2 szczeliny), w konsekwencji niemożliwe jest przystosowanie systemów plezjochronicznych do skutecznego i scentralizo­wanego zarządzania siecią, a także sprawowanie nad nią odpowiedniej kontroli. Niewielka przepływność kanału sygnalizacyjnego objawia się rów­nież ograniczeniem zdalnej rekonfiguracji sieci, prowadząc w praktyce do ręcznego tresowania torów w przełącznicach cyfrowych przy zmianie pou­czeń między nimi.

Istotnym ograniczeniem systemów plezjochronicznych jest jej brak standaryzacji styku optycznego, Utrudnia to lub wręcz uniemożliwia po­wszechne stosowanie torów światłowodowych pochodzących od różnych producentów, a połączenie ze sobą dwóch systemów optycznych wymaga dokonania podwójnej konwersji optyczno-elektrycznej i realizacji połącze­nia na poziomie sygnału elektrycznego.

Ograniczenia systemów teletransmisyjnych opartych na plezjochronicznej hierarchii cyfrowej spowodowały, że od 1996 r. nowe PDH nie są już praktycznie instalowane. Równocześnie następuje szybki wzrost najnow­szej cycowej transmisji synchronicznej objętej międzynarodowym standar­dem SDH, bez wad i ograniczeń występujących w PDH.

3.ARCHITEKTURA SYSTEMU SONET

Historycznie pierwszą synchroniczną siecią transmisyjną opartą na techni­ce światłowodowej - przyjętą przez pocztę i działającą na terenie amerykań­skim - był system SONET {Synchronous Optical NFTwork). określany rów­nież jako standard komunikacyjny sieci synchronicznych. Specyfikacja SO­NET, zaproponowana w połowie lat osiemdziesiątych przez BellCore i obję­ta standardem ANS!, definiuje metody transmisji danych synchronicznych i izochronicznych (wrażliwych na opóźnienia, sekwencje wideo), zapewnia­jąc współpracę na poziomie fizycznym ze światłowodowym sprzętem tele­komunikacyjnym pochodzącym z różnych firm.

System SONET określa parametry kabli światłowodowych, sposób generacji światła, ramek transmisyjnych i ich multipleksację, a przede wszystkim hierarchię różnych szybkości sygnałów optycznych, spójną w skali ogólnoświatowej.

Zwielokrotnienia sygnałów optycznych w standardzie SONET uwzglę­dniają melodykę włączania sygnałów przesyłanych z mniejszymi szybko­ściami (Tl/El, I3/E3) do transmisji synchronicznych SDH stosowanych w Europie. Korelacje między stykami optycznymi OC (Optical Cerrier), sty­kami elektrycznymi STS-n (Synchronous Transport Signal) i hierarchią syn­chroniczną SDH zostały adaptowane do międzynarodowych standardów transportowych.

4.SIECI SYNCHRONICZNE SDH

System synchroniczny SDH (Synchronous Digital Hierarchy), zastępujący stopniowo plezjochroniczne sieci transportowe PDH. umożliwia niemal nie­ograniczony wzrost przepływności (powyżej 10 Gb/s) w sieciach telekomu­nikacyjnych z zastosowaniem światłowodów.

Podstawową cechą SDH jest synchroniczność przekazu, oparta na sta­łej ramce transmisyjnej o czasie trwania 125 us, która jest generowana współbieżnie z głównym zegarem systemu, tzw. pierwotnym zegarem odnie­sienia PRC [Pnmary Reterence Clock). Ograniczona stabilność taktujących zegarów kwarcowych (stałość 10") oraz zmienne własności nośników optycznych mogą. wprowadzać niewielkie, stale lub zmienne nie kontrolowa­ne przesunięcia fazowe w węźle odbiorczym (w stosunku do źródła sygnału). Kompensacja tych poślizgów dokonuje się automatycznie przez wprowadze­nie metody wyrównywania fazy odbieranego sygnału za pomocą znaczników AU przyporządkowanych do kontenera wirtualnego VC - wskazujących nie tyl­ko położenie ramki w przestrzeni adresowej kontenera, ale także względne przesunięcie ramki (dodatnie, zerowe lub ujemne) w stosunku do znacznika. Przyjęta struktura ramek i zastosowanie mechanizmu wskaźnika AU znajdu­jącego się w nagłówkach kolejnych kontenerów pozwalają na Bezpośrednie wydzielenie lub łączenie w sygnał zbiorczy strumieni składowych na różnych poziomach zwielokrotnienia. Nie jest potrzebna w tym przypadku kosztowna demultipleksacja (lub multipleksacja) wszystkich pozostałych strumieni składowych do wydzielenia lub translacji pojedynczego strumienia danych.

5.POZIOMY ZWIELOKROTNIENIA

W synchronicznej hierarchii cyfrowej SDH zdefiniowano pięć poziomów zwielokrotnienia, przy czym tylko trzy najniższe mają certyfikat CCITT(ITU-T). Jako podstawową - na najniższym poziomie - przyjęto przepływność binar­na 155 Mb/s (dokładnie 155 520 kb/s) dla modułu transportowego STM-1, umożliwiającą łatwą współpracę z siecią pIezjochroniczną PDH o prze­pływności 140 Mb/s. Przepływności wyższych poziomów są wielokrotno­ściami poziomu podstawowego uzupełnionymi o nagłówki: STM-4 (622 Mb/s), STM-16 (2,5Gb/s), STM-32 (5 Gb/s) i STM-64 (10 Gb/s).

Proces zwielokrotnienia przebiega dwuetapowo. W pierwszym etapie następuje multipleksacja kontenerów wirtualnych VC niższego rzędu do kontenerów VC wyższego rzędu. W drugim zachodzi łączenie kontenerów wirtualnych VC z nagłówkiem sekcji SOH (Section Overhead) w celu utwo­rzenia modułów transportowych STM (Synchronous Transport Module) o wymaganej przepływności dla strumienia zbiorczego. Inaczej niż w syste­mach PDH - bezpośrednio zwielokrotniających z przeplotem bitowym -w technologii SDH przesyłana informacja ulega przetworzeniu (uzupełnie­niu o nagłówki ramek), a następnie zwielokrotnieniu z przeplotem bajto­wym sygnałów składowych. Wielkość przepływności sygnałów składowych jest w tym przypadku nieistotna, a wydzielenie strumienia o dowolnej prze­pływności możliwe w każdym węźle transportowym.

6.SIECI SYNCHRONICZNE ATM

Asynchroniczna i szerokopasmowa technologia komunikacyjna ATM (Asyn-chronous Transfer Mode) jest przeznaczona do przesyłania usług multimedialnych (głosu, dźwięku, obrazu, danych) i przyjęta jako technika transmi­sji w szerokopasmowych sieciach transportowych BISDN. Technika ATM łączy zalety transmisji synchronicznej STM (Synchronous Transfer Mode) i transmisji pakietowej PTM (Packet Transfer Mode),.

Uniwersalność tej technologii polega na możliwościach:

• przesyłania stałych porcji informacji o pojemności 53 bajty (w tym 48 bajtów informacji użytecznej), co ułatwia proces ich obróbki w węzłach sieci ATM;

• ustalania indywidualnych połączeń o dowolnej szybkości w obrębie przyjętych lub istniejących standardów (25 Mb/s, 100 Mb/s, 155 Mb/s, 622 Mb/s, 2500 Mb/s), dzięki przyporządkowaniu dowolnej liczby ko­mórek do konkretnego połączenia użytkownika;

• obsługi transmisji izochronicznych (głos, obraz, HDTV) z opóźnie­niem nie większym niż 10 ms, przez zastosowanie przełączników ATM z szybkim sprzętowym przełączaniem komórek i połączeń;

• skalowania przepływności ścieżek i węzłów ATM. dzięki czemu wyko­rzystuje się w pełni maksymalną przepływność dowolnego medium trans­portowego, w tym wysoka przepływność torów światłowodowych w sieciach LAN i WAN;

• stosowania multipleksacji statystycznej poszczególnych kanałów, co pozwala na efektywne gospodarowanie pasmem łącza transmisyjnego;

• tworzenia przekazów głównie w trybie połączeniowym, co oznacza, że przed wysłaniem informacji właściwej występuje faza zestawienia łącza -według parametrów deklarowanych przez abonenta (typ usługi, przewidywana przepływność, deklarowany adres], a po zakończeniu przekazu - jego likwidację;

• tworzenia wirtualnych połączeń przez sieć zarówno dla pojedynczych kanałów, jak i definiowanych grup kanałów zwanych ścieżkami. Jest to moż­liwe dzięki istnieniu odpowiednich identyfikatorów VCI (Virtual Channel Identifier) dla kanałów oraz identyfikatorów VPI (Vrtual Path Identifier) dla ścieżek wirtualnych. Pola tych identyfikatorów znajdują się w nagłówku każ­dej komórki ATM przesyłanej przez sieć;

• adaptacji strumienia komórek ATM do dowolnej przepływności me­dium transportowego, przez wprowadzanie komórek pustych, pomijanych w węźle docelowym;

• przypisania komórkom ATM (kanałowi, ścieżce, połączeniu między użytkownikami) konkretnej usługi, której parametry mogą, być dynamicznie zmieniane zarówno w fazie nawiązywania łącza, jak i w trakcie działania usługi komunikacyjnej;

• zapewniania „przezroczystości" przenoszenia informacji przez sieć ATM, a więc dostosowanie pracy sieci z różnymi protokołami komunikacyj­nymi i do realizacji różnych usług.

Duża szybkość multipleksowania portów i strumieni w rozbudowanych przełącznikach, ATM klasy high-end, sięgająca 40 Gb/s (znane są już rozwią­zania działające z szybkością 160 Gb/s|. wynika ze sprzętowej realizacji pro­cesu przełączania opartej na dynamicznie wymienianych tablicach routingu, przekazywanych kanałami sygnalizacyjnymi ATM. Dla optymalizacji szybko­ści przekazu komórek przełączniki ATM me mają warstwy sieciowej modelu odniesienia OSI. nie prowadzą kontroli błędów transmisyjnych, a stacja odbiorcza sama musi sprawdzić, czy odebrany przekaz jest kompletny i po­prawny. Sieć ATM, inaczej niż siećX.25. nie odpowiada za blednie przesłane komórki, nie inicjuje retransmisji i powtórzeń, ale wykorzystując media o bar­dzo dobrej jakości, jest szybką, i nowoczesną siecią transportową.

7.ROZWÓJ SIECI OPTYCZNYCH

Przewiduje się, że dalsza ewolucja optycznych sieci telekomu­nikacyjnych będzie oparta na ciągłej modyfikacji systemów wy­korzystujących transmisję ze zwielokrotnieniem falowym. Za punkt wyjścia należy przyjąć istniejące już sieci typu punkt-punkt o architekturze liniowej (etap pierwszy). Następnym krokiem bę­dzie wprowadzenie ograniczonej elastyczności sieci. Początko­wo będzie to realizowane przez wprowadzenie nie przestrajalnych optycznych krotnic transferowych w sieciach typu punkt-punkt (etap drugi), a w dalszej kolejności przestrajalnych krotnic. Architektura sieci oparta na optycznych krotnicach transferowych będzie gwałtownie ewoluowała w kierunku sieci o architekturze pierścieniowej (etap trzeci). Dalsza ewolucja może prowadzić do struktur opartych na architekturze kraty lub połączenia wielu pier­ścieni z siecią kratową (etap czwarty); będzie to wymagać po­wszechnego wprowadzenia przełącznic optycznych. Jak widać, ewolucja sieci optycznych wymaga stałego postępu w opracowa­niu elementów czyniących z sieci struktury elastyczne na pozio­mie warstwy optycznej (rys. 4). Ewolucja sieci telekomunikacyj­nych, prowadząca do sieci ściśle optycznych, jest silnie związa­na z wdrażaniem do użytku takich elementów, jak optyczne krot­nice transferowe (nieprzestrajalne i przestrajalne), przełącznice optyczne, konwertery długości fali. Urządzenia te pozwolą na swobodny ruting sygnału optycznego.

Jednakże o sieciach ściśle optycznych będzie można mówić dopiero po powszechnym wprowadzeniu optycznego przetwa­rzania sygnału. Biorąc pod uwagę aktualny stan badań, można stwierdzić, że należy to jeszcze do przyszłości. Obecnie w pełni realne wydaje się zastosowanie nieprzestrajalnych optycznych krotnic transferowych i w dalszej kolejności przestrajalnych prze­łącznic optycznych oraz konwerterów długości fali. Elementy te stanowią podstawę do przejścia z obecnie działających statycznych sieci optycznych do sieci z optyczną warstwą logiczną ob­sługującą w sposób elastyczny kanały WDM.

Dla sieci optycznych ze zwielokrotnieniem falowym istotne jest również zastosowanie przestrajalnych źródeł światła. Okazuje się, że dla sieci optycznych z komutacją łączy wystarczają czasy przestrajania rzędu milisekund (wymaganie to spełniają na przy­kład lasery z mechanicznym przestrajaniem oraz lasery z wyko­rzystaniem efektu akustooptycznego i elektrooptycznego). Z ko­lei sieci wykorzystujące komutację pakietów wymagają czasu przestrajania rzędu nanosekund. W takim przypadku odpowied­nie wydają się źródła z przestrajaniem realizowanym przez zmia­nę prądu wstrzykiwania, źródła z wieloma studniami kwantowymi i lasery matrycowe. Zastosowanie źródeł światła z możliwością zmiany w szerokim zakresie emitowanej długości fali może być bardzo użyteczne z punktu widzenia zarządzania sie­cią i jej utrzymania; chodzi tu przede wszystkim o możliwość za­stąpienia w bardzo krótkim czasie innego, uszkodzonego lasera, a także możliwość realizacji szybkiej realokacji kanałów WDM. Kolejnym istotnym optycznym elementem sieci z komutacją łą­czy i pakietów są przestrajalne filtry optyczne; bardzo ważnym parametrem staje się w takim przypadku czas przestrajania. Rozwiązania oparte na komutacji pakietów, np. transmisji IP przez WDM, wymagają zwykle szybkości przestrajania na pozio­mie dziesiątków nanosekund (umożliwiają to: filtry elektrooptyczne, z siatką Bragga, z interferometrami Macha-Zehndera oraz wykorzystujące struktury półprzewodnikowe). Od filtrów optycz­nych należy wymagać również możliwie dużego zakresu prze­strajania; zakres ten powinien przynajmniej obejmować pasmo pracy wzmacniaczy optycznych [7]. Elementy przeznaczone do pracy w sieciach optycznych muszą spełniać wiele wymagań, np. powinny być niewrażliwe na zmiany polaryzacji światła, mieć du­żą szerokość pasma optycznego zgodnego z zakresem pracy wzmacniaczy optycznych, mały poziom strat wtrąceniowych i przezroczystość wobec stosowanego formatu danych i prze­pływności. Istotnym zagadnieniem jest również koszt takiego urządzenia.

Sieci optyczne korzystające z techniki transmisji WDM oraz z optycznego rutingu i przełączania (realizowanego przez optyczne krotnice transferowe i przełącznice optyczne) zapewnią odpowiednią pojemność i elastyczność sieci, niezbędną do za­spokojenia przewidywanego na następne lata wzrostu ruchu te­lekomunikacyjnego.

Biorąc pod uwagę działanie sieci optycznych, można stwier­dzić, że w przyszłości prawdopodobnie będą dominować dwa rozwiązania. Pierwsze polega na tym, że każdy z węzłów sieci będzie wysyłał informacje, dane do wszystkich pozostałych wę­złów. Selekcja właściwej informacji będzie odbywała się przez zastosowanie przestrajalnego filtru optycznego. W drugim roz­wiązaniu z węzła nadawczego będą wysyłane dane zaopatrzone w nagłówki pozwalające sieci na właściwe ich przekazanie do węzła odbiorczego. Pierwsze rozwiązanie można określić jako tryb pracy rozsiewczej, drugie jako pracę z rutingiem zorientowa­nym na długości fali. Pierwsze rozwiązanie jest przewidziane przede wszystkim dla sieci lokalnych i miejskich. Dla sieci więk­szych (krajowych, międzynarodowych) właściwszym rozwiąza­niem, ze względu na swoją elastyczność, okazuje się druga pro­pozycja [7]. Dla sieci z komutacją łączy rozważane jest również zastosowanie systemów mieszanych, łączących w sobie techni­kę WDM i OTDM. Oczekuje się, bowiem, że dzięki OTDM prze­twarzanie optyczne nagłówków informacyjnych może zostać zre­alizowane bardziej ekonomicznie niż w przypadku rozwiązania elektronicznego.

Bardzo ważną kwestią związaną z działaniem sieci czysto optycznych jest ich zarządzanie.

Dokonująca się ewolucja sieci w kierunku tych sieci wymaga zmiany podejścia do kwestii eksploatacji, administracji, utrzyma­nia i świadczeń dla sieci telekomunikacyjnych. Wynika to z ko­nieczności właściwego zarządzania pracą, np. krotnic transfero­wych i przełącznic oraz innych elementów typowych dla nowych rozwiązań technicznych, związanych z wdrażanymi systemami transmisji optycznej, w tym głównie WDM. Spowoduje to ko­nieczność uwzględnienia w warstwie związanej z zarządzaniem sieci dodatkowej podwarstwy, związanej z zarządzaniem siecią optyczną [6].

Wraz z wdrażaniem rozwiązań prowadzących do tworzenia sieci czysto optycznych pojawią się problemy związane z:

- zarządzaniem siecią optyczną,

- ograniczeniami wynikającymi z przystosowania istniejących sieci do realizacji nowych zadań,

- modyfikacją obecnie działających systemów zarządzania. Przedstawione problemy można w pewnym stopniu przezwy­ciężyć przez:

- ograniczenie przezroczystości sieci do jej zarządzanych frag­mentów,

- unikanie najnowszych rozwiązań technicznych, jeśli brak moż­liwości odpowiedniego zarządzania nimi,

- stopniowe, ewolucyjne wprowadzanie nowych rozwiązań opartych na istniejących systemach typu SDH.

Część potencjału transmisyjnego sieci czysto optycznych mu­si być przeznaczona dla systemu kontroli, sterowania i zabezpie­czeń. Ta część potencjału powinna być wykorzystana do:

- transmisji nagłówków sygnałów optycznych, czyli w celu sze­roko pojętego zarządzania siecią i kontroli jakości transmitowa­nych sygnałów,

- realizacji potencjału rezerwowego sieci, przejmującego trans­misję sygnałów w przypadku wystąpienia awarii systemu podsta­wowego.

Ważną rzeczą jest to, aby na poziomie optycznym istniała możliwość nieinwazyjnego odczytywania informacji, dotyczących jakości transmisji z transportowanych sygnałów o różnych proto­kołach. Jest to możliwe w przypadku protokołów, takich jak SDH czy Gigabit Ethernet, w których takie informacje są zawarte w na­główku. Niestety, wiele innych transportowanych sygnałów nie ma wewnętrznej informacji dotyczącej jakości transmisji. Gdyby nawet jednak tak było, to niepraktyczne i nierealne byłoby niein­wazyjne monitorowanie przez system WDM każdego możliwego protokołu. Rozwiązaniem tego problemu jest dodawanie przez system WDM tzw. opakowań cyfrowych (digital wrapperś), będą­cych w rzeczywistości ramkami, zawierającymi sygnał użytkowy i nagłówek DWDM służący do monitorowania jakości i izolacji błędów (rys. 5).

Zastosowanie opakowań cyfrowych transmitowanych sygna­łów dostarcza odpowiednich narzędzi do realizacji zarządzania siecią optyczną. Zastosowanie opakowań cyfrowych umożliwia bardzo proste monitorowanie działania sieci optycznej, w tym -co bardzo ważne - pomiar elementowej stopy błędów. Ponadto przez opcjonalne użycie techniki FEC (ForwardError Correction) można przeprowadzić korektę błędów transmisji na poziomie optycznym, co w konsekwencji prowadzi do dalszego ogranicze­nia stosowania konwersji optoelektronicznej.

Na rys. 6 przedstawiono propozycję struktury ramki kanału optycznego. Proponuje się, żeby w polu 1 nagłówka znajdowały się informacje związane z ramkowaniem, FEC i monitorowa­niem, a w polu 2 nagłówka - informacje dotyczące monitorowa­nia połączenia tandemowego, tj.: identyfikator połączenia, wska­zanie defektu w przód i wstecz, monitorowanie jakości sygnału i wskazanie jakości w tył. W części 3 nagłówka będzie znajdować się identyfikator połączenia kanału optycznego, etykieta kanału optycznego, wskazanie defektów w przód i wstecz dla kanału optycznego, monitorowanie jakości sygnału i wskazanie jakości w tył dla kanału optycznego [8]. Obecnie standaryzacja opako­wań cyfrowych jest przedmiotem prac w ITU-T.

8.GRANICE PRZEPŁYWNOŚCI WDM

Obecnie stosowane (2001 r.) zwielokrotnienia falowe w komercyjnych roz­wiązaniach DWDM osiągają 320 kanałów optycznych w jednym włóknie, a eksperymentalnie udało się uzyskać (1999 r.) działanie systemu z 1021 kanałami optycznymi. Zwielokrotnienia długości transmitowanych fal we włók­nie nie można jednak dokonywać w nieskończoność z dwóch powodów: sygnał wystany ze zbyt matą mocą jest zagłuszany przez szumy systemy, natomiast zbyt silny sygnał źródła zakłóca pozostałe sygnały optyczne w sys­temach wielokanałowych.

Teoretyczne obliczenie szybkości transmisji danych we włóknie szklanym wcale nie okazało się łatwym zadaniem. Jest to spowodowane skomplikowa­nymi zjawiskami związanymi z mieszaniem fal świetlnych we włóknach świa­tłowodowych, w których sygnał świetlny nie rozprzestrzenia się ze stałą szyb­kością (jak to ma miejsce w swobodnej przestrzeni). Nietypowe zjawisko zachowania się takiej fali optycznej fizycy nazwali „odpowiedzią nieliniową" medium. Efekty nieliniowości optycznej sprawiają, że część sygnału przesyła­nego przez włókno zamienia się w szum, a w konsekwencji precyzyjne oblicze­nie szybkości przesyłania danych przez włókno światłowodowe jest kłopotliwe.

Określenie maksymalnych przepływności w technologii WDM wymagało zastosowania analogii do fizyki kwantowej, i a także elementów teorii informacji. Dopiero niedawno oszaco­wano, ile danych można maksymalnie przesłać ze stacji nadawczej do stacji odbiorczej przy użyciu światłowodowych systemów telekomunikacyjnych, wykorzystujących technologię zwielokrot­nienia falowego WDM z maks. liczbą kanałów optycznych. Rów­noczesne transportowanie w jednym włóknie światłowodowym j wielu fal optycznych o różnych kolorach (długościach fal) powo-1 duje powstawanie wielorakich zakłóceń, w większości o nieliniowej charakterystyce, pogarszających jakość sygnału optycznego (im więcej kolorów, tym silniejszy szum interferencyjny).

Stwierdzono doświadczalnie (Bell Labs, 2001 r), że przy zastosowaniu długości fal i parametrów, używanych w najlepszych obecnie światłowodach i sieciach telekomunikacyjnych, i będzie możliwe uzyskanie przepływności około 100 Tb/s w jednym włóknie bez pojawiania się nadmiernych szumów i zakłóceń między kanałami. Dostępne komercyjnie platformy optyczne umożliwiają transmisję z szybkością użytkową jedynie ok. 2 Tb/s, a testowane są platformy o przepływności niewiele powyżej 10 Tb/s.

Stosowane w optoelektronice systemy modulacji umożliwiają uzyskanie w pojedynczym włóknie przepływności sięgającej 20 Tb/s. Zastosowanie bardziej wyrafinowanej, wielopoziomowej modulacji QAM (Ouadrature Amplitude Modulation) może teoretycznie podwyższyć tę przepływność do 200 Tb/s. Natomiast graniczna szybkość maksymalna, wynikająca wprost z prawa Shannona, wynosi dla światłowodu ok. 350 Tb/s i nie może być w żadnym przypadku przekroczona za pomocą jakichkolwiek stosowanych technik modulacyjnych.

9.FRAME RELAY

Protokół Frame Relay wywodzi się ze świata ISDN, tzn. został opracowany jako efektywny protokół transmisji danych w ramach prac standaryzacyjnych nad sieciami cyfrowymi z integracją usług (ISDN) prowadzonymi przez organizacje standaryzacyjne ANSI (amerykańska) i CCITT (międzynarodowa, obecnie UIT).


9.1 CHARAKTERYSTYKA PROTOKOŁU FRAME RELAY 

Protokół Frame Relay łączy w sobie cechy protokołu X.25 takie jak, statystyczna multipleksacja i współdzielenie portu abonenckiego z dużą szybkością i małym opóźnieniem charakterystycznym dla sieci TDM z komutacją kanałów. W odróżnieniu od protokołu X.25 Frame Relay kompletnie eliminuje warstwę trzecią modelu OSI i realizuje tylko niektóre funkcje warstwy drugiej, takie jak, sprawdzanie poprawności budowy i bezbłędności ramki. W protokole Frame Relay nie występują, więc znane choćby z X.25 mechanizmy takie jak, np. korekcja błędów, sterowanie przepływem i potwierdzenie dostarczenia. Usunięcie tych funkcji z protokołu znacząco zwiększyło przepustowość, poprzez zmniejszenie czasu przetwarzania ramki w węźle. Z tego samego powodu czas transmisji ramki przez sieć jest mniejszy niż w sieci X.25, ale wciąż większy niż w sieci z komutacją kanałów (TDM).
W tabeli przedstawione jest podsumowanie charakterystyk sieci z komutacją kanałów, komutacją pakietów i Frame Relay.

	TDM	X.25	FR
Multipleksacja czasowa	Tak	Nie	Nie
Multipleksacja statystyczna (kanały wirtualne)	Nie	Tak	Tak
Współdzielenie portu	Nie	Tak	Tak
Opóźnienie	Bardzo małe	Duże	Małe

Standardy sieci Frame Relay I.122, Q.922 oraz Q.933 definiują jedynie funkcje interfejsów użytkownik-sieć (UNI) i sieć-sieć (NNI), wewnętrzne działanie sieci może być uzależnione od specyfiki sprzętu i oprogramowania danego producenta użytego do budowy sieci Frame Relay. Specyficzna dla jednego producenta implementacja może używać dodatkowych mechanizmów kontroli błędów, podczas, gdy inny producent może nie zapewniać takiej kontroli, wykorzystując prostotę, a co za tym idzie szybkość protokołu..

Usługa transmisji danych Frame Relay jest idealnie dostosowana do ruchu o charakterystyce nieciągłej tzn. ruchu sporadycznego, nie wykorzystującego kanału transmisyjnego przez 100 procent czasu (bursty traffic). Z tego powodu jest powszechnie stosowana do realizacji połączeń między komputerami lub sieciami lokalnymi, wymagających dużych chwilowych szybkości transmisji. Ze względu na prostotę protokołu i brak mechanizmów korekcji błędów przez sieć, technologia Frame Relay może być efektywnie stosowana tam, gdzie istnieje możliwość zastosowania łączy transmisyjnej o dobrej jakości.

Użycie protokołu Frame Relay na łączach o zbyt niskiej jakości (stopa błędów powyżej 10e-7) powoduje znaczną degradację skuteczności transmisji danych. Praktyczne zastosowania Frame Relay to: łączenie sieci LAN w sieci rozległe, Internet, komunikacja w czasie rzeczywistym pomiędzy terminalami użytkowników, a zasobami komputera typu mainframe, przesyłanie grafiki, przesyłanie głosu (VoFR) oraz wiele innych.

9.2 ZALETY PROTOKOŁU FRAME RELAY: 

-
niższe koszty budowy i eksploatacji sieci transmisji danych w porównaniu z siecią zbudowaną w oparciu o łącza  dzierżawione (przezroczyste kanały cyfrowe), 
-duża elastyczność zmian topologii połączeń, 
-możliwość łatwej integracji i migracji w kierunku sieci szerokopasmowych (np. ATM), 
-duży zakres i skalowalność szybkości transmisji, zarówno dostępu do sieci, jak i połączeń wirtualnych, 
-duża efektywność wykorzystania łącza, 
-stosunkowo niskie opóźnienie transmisji, 
-możliwość realizacji jednoczesnej transmisji z wieloma terminalami na jednym łączu fizycznym.

9.3 OGRANICZENIA PROTOKOŁU FRAME RELAY: 

-urządzenia końcowe muszą realizować protokoły wyższych warstw zapewniające sterowanie przepływem i korekcje ewentualnych błędów, 
-stosowane muszą być łącza transmisyjne o bardzo wysokiej jakości (stopa błędów 10-8 lub mniejsza).

Frame Relay oprócz swoich podstawowych funkcji protokołu sieciowego, umożliwia enkapsulację ramek protokołów wyższych warstw. Każda enkapsulowana ramka zawiera identyfikator NLPID (numer protokołu warstwy sieciowej), który określa rodzaj enkapsulacji lub protokołu przesyłanych danych, np. IP, SNA, itd.. 

9.4 USŁUGA FRAME RELAY W SIECI TELBANK-ATM

Usługa Frame Relay w sieci, TELBANK-ATM jest świadczona w oparciu o rozwiązania techniczne MainStreet-Xpress firmy Newbridge/Siemens. Obecnie świadczone są jedynie usługi trwałych łączy wirtualnych, jednak w przyszłości w zależności od zapotrzebowania rynku nastąpi rozszerzenie oferty o komutowane łącza wirtualne, bądź migracja w kierunku sieci IP z gwarancją jakości. Topologia sieci TELBANK-ATM przedstawiona jest na rysunku nr 2. W szkielecie sieci zastosowano węzły ATM serii MainStreetXpress 36170 o dysponowanej przepustowości pola komutacyjnego 12,8 Gb/s połączone strumieniami 34 Mb/s. Pozostałe węzły sieci to urządzenia MainStreet-Xpress 36120 (zawierające urządzenia MainStreetXpress 3645 i 3600) o przepustowości pola komutacyjnego 100 Mb/s oraz urządzenia końcowe MainStreetXpress 3600 wyposażone w pojedyncze karty Frame Relay Engine. 

Wszystkie węzły sieci TELBANK-ATM, zarówno te szkieletowe, jak i końcowe, dają możliwość obsługi ruchu Frame Relay na dowolnych interfejsach fizycznych, w szczególności: V.35, X.21, G.703/G.704(E1) z prędkościami dostępowymi od 8 kb/s do 2 Mb/s. W wyższym zakresie prędkości oferowane są zwielokrotnione porty Frame Relay 2 Mb/s, bądź interfejsy ATM. 

Usługa Frame Relay realizowana w oparciu o sprzęt z rodziny MainStreetXpress jest zgodna z następującymi zaleceniami: ANSI T1.618, ITU-T Q.922 Annex A, Addendum to ANSI T1.606, ANSI T1.617 Annex D oraz FramRelayForum. 

Sieć Frame Relay zbudowana w oparciu o wyżej wymieniony sprzęt zapewnia: 
przepływności CIR w zakresie od 0 kb/s do prędkości na porcie, 
zestawienie dodatkowej niegwarantowanej przepływności EIR w zakresie od 0 kb/s do prędkości na porcie, jednakże wartość EIR nie może być większa niż prędkość na porcie minus wartość CIR, 
dowolną wartość czasu monitorowania napływu danych do sieci Tc określaną jako stosunek Bc/CIR (domyślnie: 1s), w przypadku gdy CIR i Bc są równe zero, czas Tc jest określany jako stosunek wartości Be do prędkości na porcie, 
średnie opóźnienie transportu ramki przez sieć, wynoszące ok. 150 ms w przypadku klasy standardowej. W najbliższej przyszłości wprowadzone zostaną klasy usług o podwyższonej jakości charakteryzujące się: 
małym opóźnieniem transportu ramki przez sieć, 
niskim prawdopodobieństwem utraty ramek, 
małym opóźnieniem transportu ramki przez sieć i niskim prawdopodobieństwem utraty ramek

9.5PRZEKAZ GŁOSOWY VOFR

Naturalny rozwój infrastruktury informacyjnej przedsiębiorstw, wynikający ze wzrostu ich aktywności, wymaga utrzymywania tradycyjnych systemów klasy mainframe, sieci komputerowych LAN i spełniających coraz bardziej wy- rafinowane wymagania systemów komunikacji głosowo-faksowych. Ważnym składnikiem tych systemów są różnorodne zakładowe sieci komunikacyjne. Najeżą do nich: dedykowana sieć LAN do obsługi tradycyjnego systemu komputerowego z wieloma terminalami, system przełączający do łączenia sieci lokalnych oraz sieci telefoniczne do przesyłania głosu i faksów w których transmisja dokonuje się przez centrale PABX, publiczną sieć telefoniczną lub linie dzierżawione. Podstawową wadą takiego rozwiązania jest konieczność utrzymywania (zarządzanie, obsługa i modernizacja) trzech zasadniczo różniących się sieci. Jeśli nawet pominie się problemy techniczne, czyli zarządzanie i obsługę, to pozostaje dotkliwy problem ekonomiczny, związany z koniecznością ponoszenia nakładów na oddzielną modernizację każdej z tych sieci. Wyjściem z tej sytuacji jest zastąpienie dotąd eksploatowanych w przedsiębiorstwie trzech oddzielnych sieci jedną, zdolną do przenoszenia danych z systemów komputerowych (o różnych konfiguracjach) oraz głosu i faksów. Inaczej mówiąc, potrzebna jest sieć integrująca przesyłanie głosu, faksów i danych w jednej sieci pakietowej.

Istotą transmisji głosu przez sieć pakietową Frame Relay jest umieszczanie go w pakietach przez specjalne głosowe urządzenia dostępowe FRAD (Frame Relay Access Device), przeznaczone do pakietowania. Urządzenia te segmentują ramki skomprymowanych danych głosowych, (czyli poddanych kompresji) na wejściu sieci telekomunikacyjnej i uruchamiają transport w trybie FR. Po drugiej stronie sieci odebrane ramki składa maksymalnie szybko inne urządzenia komunikacyjne FRAD.

10.SIECI IP

Obecnie stosowana wersja protokołu IP zosta a bardzo dobrze zaprojektowana

świadczy o tym fakt ze już od ponad 20 lat jest najczęściej oraz najchętniej

stosowanym protokołem komunikacji używanym w sieciach zarówno rozległych jak i lokalnych istnieje jednak wiele powodów dla których zapoczątkowano prace nad następcą Pv4.

Podstawowym czynnikiem wymuszającym zmiany jest niewątpliwie niemal

wykładniczy wzrost liczby hostów w sieci Internet. W czasach gdy powstawało IP,32-bitowa przestrzeń adresowa wydawała się w zupełności wystarczająca.

Dynamiczny rozwój Internetu powoduje jednak, że już niedługo może zabraknie

wolnych adresów.

Pomimo tego, że 32-bitowa przestrzeń adresowa wydaje się być bardzo duża tak naprawdę jesteśmy w stanie podłączyć znacznie mniej hostów - duże straty

wynikają zarówno ze sposobu, w jaki adresy są przydzielane (rozdysponowanie

dostępnej puli),jak i z konieczności tworzenia podsieci.

Istotną wadą jest także brak wsparcia dla jakichkolwiek mechanizmów bezpiecznej komunikacji czy ochrony prywatności.

Już w 1992 roku zdawano sobie sprawę z ograniczeń związanych ze stosowaniemIPv4 wtedy też ETF zapoczątkowało prace nad następną wersją protokołu.

10.1 APLIKACJE VOIPI

Sieć z protokołami IP z założenia została przeznaczona do transmisji danych, a nie głosu. Fundamentalna różnica w sposobie przekazu i w użytkowaniu tych dwóch aplikacji rzutuje na sposób transmisji, metody kontroli i ewentualnej korekty przesyłanej informacji. W klasycznej transmisji danych wszystkie informacje źródłowe muszą być przesłane w komplecie do odbiorcy, chociaż mogą docierać do niego w zmienionej kolejności nadawania pakietów, nawet wtedy, gdy kompletny przekaz danych wymaga fizycznie wielokrotnych powtórzeń lub innych sposobów korekcji, powodujących znaczne opóźnienie transmitowanych informacji. Informacja odebrana przez użytkownika musi więc być pozbawiona błędów, a jeśli tak nie jest sieć IP nie nadaje się do transmisji danych. Wymagania stawiane sieci IP używanej również do transportu głosowego są znacznie bardziej wyrafinowane.

Telefonia internetowa ma jednak szansę zająć znaczące miejsce w światowej komunikacji głosowej, stopniowo eliminując tradycyjne środki telefonii analogowej. Ekspansja ta kryje się pod czterema (alternatywnymi), nazwami określającymi zbliżony transport głosu w sieciach IP jako: IP I Telephony, Internet Telephony, VoN (Vocie over Net) oraz najczęściej używane określenie VolP (Vocie over IP) - odnoszące się do transportu głosu przez

sieć z protokołem IP także globalną sieć Internet. Zasadniczym kryterium stosowania aplikacji VolP jest znacznie niższa cena usługi, w porównaniu z tradycyjnym przekazem głosowym, przy czym zawsze należy zwracać uwagę na jakość tak transmitowanego głosu. W większości systemów międzymiastowych jest ona akceptowalna lub nawet nierozróżnialna od telefonii klasycznej, jednakże dyspozycyjność łączy głosowych VolP - przy obecnym stanie techniki - jest nadal zdecydowanie niewystarczająca. Z kolei zainstalowanie odpowiedniej protekcji podnosi koszt połączenia, pozbawiając aplikację najbardziej istotnej cechy.

W systemach VolP na jakość usługi bezpośredni wpływ mają parametry warstwy transmisyjnej IP które wcale nie poddają się łatwo kontroli. Prosty protokół lP nie zapewnia odpowiednich parametrów, a dla ich uzyskania potrzebne są inne mechanizmy kontrolne. Coraz częściej wymienia się protokół z etykietowaniem MPLS (Multiprotocol Label Switching), zastępujący dotychczasowe mechanizmy inżynierii ruchowej w warstwie ATM.

W praktyce stosuje się gwarantowane strumienie IP tworzone z wykorzystaniem protokołów niższego rzędu (ATM lub SDH) lub za pośrednictwem nadmiarowych łączy fizycznych. Aby unikać problemów z jakością OoS pod- czas spiętrzeń wielu jednocześnie realizowanych połączeń głosowych, rzeczywiste wypełnienie pasma ogranicza się do trzech czwartych maksymalnej przepływności kanału, a niekiedy nawet mniejszej. Postęp w jakości systemów VolP uzyskany w latach 2000-2001 wskazuje, że od aplikacji głosowych VolP nie ma praktycznie odwrotu.

11.IDEA DZIAŁANIA MPLS

W klasycznej sieci komputerowej zbudowanej na bazie routerów, o kierunku przesyłania informacji decydują adresy logiczne umieszczane w każdym z pakietów. Routery dysponując wiedzą o miejscu, w którym znajdują się poszczególne sieci i związane z nimi adresy logiczne są w stanie odpowiednio decydować o kierunku przesyłania pakietu na podstawie adresu sieciowego umieszczonego w pakiecie. Taki tryb działania skutkuje ograniczeniami w efektywności działania routerów, gdyż wprowadza konieczność wymiany, pomiędzy routerami, informacji opisującej znaczne ilości adresów sieciowych. Podstawą idei działania środowiska MPLS jest realizacja podejmowania decyzji o kierunku przesyłania pakietów na routerach na podstawie etykiet umieszczonych jako dodatkowa informacja poprzedzająca nagłówek pakietu. Etykiety w pakietach używane są jedynie w pewnym fragmencie sieci, z reguły stanowiącym jej rdzeń.
Ten fragment sieci może zostać zbudowany w oparciu o routery lub switche ATM obsługujące MPLS. Dla obydwu środowisk (routery oraz switche ATM) zasady pracy MPLS nieznacznie się różnią i w konsekwencji formalnie rozróżnia się wskazane powyżej dwa tryby pracy MPLS: frame-mode dla sieci routerowej oraz cell-mode dla sieci ATM. Techniczny opis działania środowiska MPLS wyróżnia dwa podstawowe elementy: switching MPLS (Multi Protocol Label Switching) oraz protokół dystrybucji etykiet LDP (Label Distribution Protocol).

11.1ZASADA DZIAŁANIA MPLS

Zasada działania MPLS polega na zdolności do interpretacji etykiet określających kierunek przesyłania informacji. Istotnym założeniem jest zachowanie lokalnego znaczenia wartości etykiety - oznacza to, że podobnie jak dla sieci Frame Relay czy ATM, konkretna wartość etykiety identyfikuje strumień informacji kierowany do określonego punktu wyjścia jedynie na połączeniu pomiędzy dwoma sąsiadującymi urządzeniami. Router czy switch ATM obsługujący MPLS interpretuje zawartość etykiety a następnie może ją zmienić nadając jej wartość stosownie do wymaganej dla połączenia do następnego na ścieżce routera lub switcha. Pozwala to znacznie ograniczyć ilość różnych wartości używanych etykiet oraz nie wymusza przestrzegania niepowtarzalności wartości etykiet. Ten drugi aspekt jest szczególnie istotny w porównaniu z klasycznymi schematami adresacji w protokołach sieciowych, które wymagają by adresy w sieci nie powtarzały się. W środowisku routerów etykieta jest dodatkowym 4 bajtowym polem umieszczanym przed zasadniczym nagłówkiem pakietu - skutkiem takiego działania jest np. zwiększenie maksymalnego rozmiaru pakietu o 4 bajty. Etykieta oprócz zasadniczej informacji określającej trasę przesyłania pakietu (wartość etykiety w polu 20 bitowym) zawiera również pola identyfikujące zagnieżdżenie etykiet (stack bit), pole obecnie interpretowane jako definiujące klasę obsługi ruchu (experimental bits - pole 3 bitowe) oraz pole "czas życia" (Time to Live - TTL - 8 bitów), którego zadaniem jest zabezpieczenie przed nieskończonym przesyłaniem pakietu w sieci w przypadku ewentualnego pojawienia się zapętlenia w ścieżce wskazywanej przez tablice etykiet na routerach. W etykietę wyposażany jest każdy pakiet który ma być obsługiwany przez MPLS - pakiety nie posiadające etykiety są obsługiwane przez klasyczny routing.

W środowisku sieci ATM, w którym informacja przesyłana jest w formacie 53 bajtowych komórek, struktura komórki nie przewiduje możliwości umieszczenia etykiety zawierającej pola takie jak dla omówionego wyżej środowiska sieci routerowej. Z tego też względu rolę etykiet spełniają identyfikatory połączeń wirtualnych VPI/VCI. Należy pamiętać jednak, że pakiet zanim zostanie skierowany do sieci ATM obsługującej MPLS zostaje wyposażony w etykietę o formacie funkcjonującym w środowisku routerowym a następnie dzielony jest zgodnie z zasadami warstwy adaptacyjnej ATM AAL5 na strumień komórek przesyłanych połączeniem wirtualnym odpowiadającym danej etykiecie. Takie działanie pozwala switchom ATM realizować klasyczną obsługę przełączenia komórek bez konieczności interpretacji zawartości pakietów zawierających oryginalną etykietę.

11.2 DYSTRYBUCJA ETYKIET - LDP

Dla umożliwiania działania środowiska MPLS konieczne jest przekazywanie informacji pomiędzy routerami oraz switchami ATM o wartościach etykiet i identyfikowanych przez nie punktach docelowych. Zagadnienie to w swej istocie zbliżone jest do zadań protokołów dynamicznego routingu techniczna realizacja również mogłaby posłużyć się znanymi mechanizmami protokołów dynamicznego routingu wprowadzając zmiany do definicji tychże protokołów pozwalające przesyłać oprócz informacji o adresach sieci również stowarzyszone informacje o wartościach etykiet. Takie rozwiązanie wiąże się jednak ze znacznymi trudnościami technicznymi polegającymi na dokonaniu zmian w implementacjach wielu protokołów routingu. Dystrybucja etykiet może posługiwać się kilkoma rozwiązaniami. Wykorzystano do tego celu zarówno zupełnie nowy protokół - standard LDP (Label Distribution Protocol), którego pierwowzorem jest rozwiązanie zaimplementowane przez Cisco o nazwie Tag Distribution Protocol, jak również inne - wcześniej znane protokoły: RSVP, PIM czy BGP.
Ustalenie wartości etykiet identyfikujących ścieżkę przesyłania pakietu (tzw. Label Switch Path) odbywa się nieco innym trybem dla sieci routerowej w porównanie z siecią MPLS ATM. Routery wymieniają typowo informacje o etykietach w trybie "Unsolicited Downstream", który polega na przesyłaniu informacji o wartości etykiet od brzegowego routera wyjściowego w głąb sieci MPLS do wszystkich routerów. Brzegowy router wyjściowy ustawia wartość etykiety na NULL-POP wskazując tym samym, że pakiet będzie opuszczał sieć MPLS właśnie na nim. Wraz z przesyłaną informacją umieszczane (dopisywane) są również identyfikatory poszczególnych routerów na ścieżce dystrybucji etykiety co tworzy tzw. "wektor ścieżki" (Path Vector) pozwalający w prosty sposób zapobiegać powstawaniu pętli w tablicach etykiet rozgłaszanych protokołem LDP. Switche ATM tworzą konkretne wartości etykiet w trybie Downstream on Demand. Działanie to polega na przesłaniu konkretnej wartości etykiety (w przypadku sieci ATM jest to identyfikator połączenia VC w postaci pary VPI/VCI) na żądanie routera/switcha znajdującego się wcześniej na ścieżce (upstream router/switch) - typowo żądanie ustalenia wartości etykiety inicjowane jest przez brzegowy router/switch. Jeszcze innymi cechami charakteryzuje się dystrybucja etykiet w sieci MPLS z protokołem BGP, który odgrywa bardzo istotną rolę w przy realizacji sieci wirtualnych VPN - służy on mianowicie do przenoszenia etykiet identyfikujących docelowe interfejsy na routerach brzegowych-wyjściowych związane z określonymi sieciami VPN. Charakterystyczne dla protokołu BGP jest wskazywanie w tablicach routingu jako "next-hop" adresów docelowych routerów brzegowych. W środowisku sieci MPLS wykorzystującym BGP, z adresem docelowym routera brzegowego wiązana jest etykieta - tą etykietą sygnowany jest cały ruch zmierzający do wszystkich sieci wskazywanych przez BGP. Dla umożliwienia prawidłowego działania konieczne jest w tym przypadku zapewnienie, by etykiety były przypisywane i dystrybuowane dla adresów routerów brzegowych. Etykiety mogą być również dystrybuowane przez protokół RSVP - jeśli z realizacją transmisji wiąże się konieczność zapewnienia określonych parametrów przepustowości, wówczas komputer może przesłać stosowne żądanie dokonania rezerwacji zasobów. Przesyłanie żądań rezerwacji zasobów odbywa się w protokole RSVP, który oprócz dokonania rezerwacji zasobów ustala również wartości etykiet na ścieżce transmisji. Nie można zapomnieć, że dla umożliwienia działania środowiska MPLS niezbędny jest nie tylko protokół dystrybucji etykiet (LDP) ale również protokół routingu przenoszący informacje o dostępności sieci a w szczególności adresów routerów funkcjonujących na brzegach sieci MPLS.

11.3 ZASADY PRZYPISYWANIA ETYKIET

Etykieta jest przypisywana na routerze brzegowym fragmentu sieci realizującego MPLS i wiązana jest z tzw. FEC (Forwarding Equivalence Class) tak, że każda klasa posiada swoją etykietę. FEC określa całą grupę różnych możliwych pakietów, które mają być przesyłane tą samą ścieżką. W typowym najprostszym przypadku FEC jest równoważna adresowi sieci docelowej wskazywanej w tablicy routingu. Wyjątkiem od tej reguły jest przydzielanie jednej etykiety dla wielu sieci wskazywanych przez protokół BGP jako osiągalnych przez ten sam adres "next-hop". Klasyfikacja ruchu może być również bardziej złożona i brać pod uwagę nie tylko docelowy adres w warstwie, 3 lecz również inne cechy pakietu pozwalające określić wymaganą jakość obsługi. Klasyfikacja pakietu w sieci MPLS odbywa się jednokrotnie na brzegowym routerze - pozwala to zwiększyć efektywność działania routerów rdzeniowych, które zostają zwolnione z dokonywania ponownej klasyfikacji. Sklasyfikowanie pakietu skutkuje przypisaniem odpowiedniej etykiety oraz ustawieniem wewnątrz etykiety zawartości pola "experimental bits" wykorzystywanego na routerach rdzeniowych do sterowania rozmieszczaniem pakietów w odpowiednich kolejkach w celu uzyskania wymaganej jakości obsługi dla różnych klas ruchu.
Przy realizacji sieci VPN, na routerze brzegowym przypisywane są dwie etykiety: pierwsza (bardziej zagnieżdżona) identyfikująca interfejs wyjściowy (lub grupę interfejsów) pracujących w określonej sieci VPN na docelowym routerze brzegowym oraz druga etykieta wskazująca ścieżkę LSP dotarcia do docelowego routera brzegowego.

11.4 SPECYFIKA OBSŁUGI QOS W SIECI MPLS

Realizacja spójnej kontroli jakości usług (QoS – Quality of Service) w sieci komputerowej wymaga przeprowadzania szeregu specyficznych operacji na przesyłanych pakietach w różnych miejscach sieci.
Prezentując generalną koncepcję systemu jakości usług można wyróżnić w nim następujące elementy:

Kontrola przy dostępie

Klasyfikacja wejściowa

Obsługa kolejkowania na wejściu

Weryfikacja wielkości ruchu

Reklasyfikacja

Kolejkowanie wyjściowe

11.5 REALIZACJA SIECI VPN NA BAZIE MPLS

Idea prywatnych sieci wirtualnych (VPN - Virtual Private Network) zakłada możliwość zapewnienia komunikacji dla wielu użytkowników na bazie jednej współużytkowanej infrastruktury urządzeń i połączeń w sposób gwarantujący separację logiczną pomiędzy grupami użytkowników tworzącymi poszczególne sieci.
Podstawowe cechy charakteryzujące MPLS-VPN to:

Obsługa komunikacji "każdy z każdym" w ramach sieci VPN bez definiowania połączeń

łatwość konfigurowania nowych użytkowników sieci VPN

Elastyczność w definiowaniu komunikacji pomiędzy sieciami VPN

Routing pomiędzy sieciami VPN

Nakładające się sieci VPN (overlaping VPN)

Wysokie parametry skalowalności

Obsługa dużej ilości sieci VPN i dużej liczby klientów

Elastyczność w doborze technologii dostępowych

Klasyczna realizacja sieci VPN bazuje na wydzieleniu separowanych kanałów komunikacji (przez podział pasma transmisji lub utworzenie połączeń wirtualnych w ramach współdzielonego pasma jak to ma miejsce np. w sieciach Frame Relay). Niedogodnością takiej realizacji sieci wirtualnych jest brak wbudowanych mechanizmów gwarantujących możliwości komunikacji w relacjach "każdy z każdym" w ramach sieci wirtualnej. Ponieważ tak tworzona sieć wirtualna stanowi zbiór połączeń (najczęściej w relacjach punkt-punkt), organizacja komunikacji "każdy z każdym" wymaga bądź to utworzenia pełnej siatki połączeń, (co z reguły jest kosztowne) bądź zorganizowania routingu uwzględniającego aktualnie utworzone kanały transmisji.
Ponieważ organizacja routingu jest realizowana na urządzeniach (routerach) użytkownika sieci VPN, dostawca usługi jest w praktyce pozbawiony możliwości kontrolowania i weryfikacji poprawności działania routingu wewnątrz sieci VPN a więc nie może zaoferować usługi gwarantującej możliwość komunikacji "każdy z każdym".
Realizacja sieci wirtualnych VPN na bazie MPLS pozwala dzięki swym cechom przełamać między innymi to ograniczenie.

12. ATM CZY IP?

Nie da się ukryć, że dzisiejsza Sieć, i to nie tylko w Polsce, kilku elementów tego pięknego obrazka nie realizuje. Dla użytkowników jest zupełnie nieprzewidywalne, jak długo potrwa zwykłe załadowanie jakiegoś pliku, nie mówiąc już o jakości odbioru mediów strumieniowych - dźwięku czy przekazu wideo. A ponieważ ten ostatni rodzaj transmisji zyskuje na znaczeniu w kontekście wstępnych rozważań na temat przyczyn sprawczych rozwoju Sieci, zajmijmy się nim nieco bliżej.

Dla systemu transmisji sygnału wideo najważniejsze są dwa parametry: przepływność łączy i gwarancje stałego, niewielkiego opóźnienia. Zwolennicy ATM twierdzą nie bez racji, że kolejne wersje MPEG pasują jak ulał do tej technologii transportu. Dzisiejsze urządzenia IP muszą korzystać ze sztucznych, uciążliwych i nader zawodnych rozwiązań w wyższych warstwach, np. buforowania. Stronnicy IP odpowiadają, że wszystko zależy od niższych warstw sieciowych (Ethernet, SDH/Sonet, Frame Relay, ATM,...), które służą jako "transport" dla IP. Istotnie, jeśli mielibyśmy do dyspozycji dedykowane pasmo, powiedzmy 10 Mb/s na użytkownika, to brakiem mechanizmów zapewnienia jakości w protokole IP moglibyśmy się nie przejmować. Problem przeniósłby się wtedy na poziom drożności sieci szkieletowych.

Żeby nie pozostawiać tego rozumowania w sferze abstrakcji - w USA są już pierwsze jaskółki takiego podejścia. Na przykład firmy Yipes czy Storm Telecommunications - ta ostatnia oferuje nawet Gigabit Ethernet na łączach międzynarodowych! Statystycznie są to jednak wciąż tylko jaskółki, większość ruchu w szkielecie Internetu jest ciągle przenoszona przez sieci ATM i łącza Sonet. Wiele firm, zarówno od dawna obecnych na rynku, jak i nowo budujących sieci transmisji danych, wciąż inwestuje w technologię ATM. Na przykład Sprint aktywnie promuje usługę Sprint ION, typu "pasmo na żądanie". Nie zmienia to faktu, że dla wielu firm telekomunikacyjnych to atrakcyjność telefonii Voice over IP, a nie potrzeby transmisji danych czy przekazów multimedialnych, decyduje o przechodzeniu na sieci pakietowe.

   Jutro

By jednak zakończyć tę wymianę argumentów, wypada wspomnieć o technologii MPLS (Multiprotocol Label Switching). Wielu sieciowych "guru" wskazuje, że Sieć Przyszłości będzie wyglądała dla użytkownika jak Ethernet, bo to tanio i wygodnie, zaś w rdzeniu będzie oparta właśnie na MPLS. Wobec nagromadzonych nieporozumień - MPLS to nie jest "IP upodobniony do ATM". MPLS to technologia rozwiązywania problemów związanych z liczbą i charakterem połączeń, oparta na metodach stałego badania i swoistej "inżynierii" ruchu, na której można zbudować warstwę IP. Każdy pakiet IP otrzymuje etykietkę, która pozwala kolejnym urządzeniom rozpoznawać jego przynależność do określonego strumienia danych, który jest spójnie obsługiwany na sukcesie lub upadku operatora. Naprawdę liczy się tylko zdolność świadczenia usług, które okażą się dla kogoś przydatne czy atrakcyjne. Klient chce obejrzeć film dla jego treści - z reguły nie interesuje się tym, jak do niego dotarł. Film ma być wyświetlany z należytą jakością i bez zacięć, a operator może osiągnąć to w dowolnie wybrany sposób - przez zbudowanie sieci droższej a lepszej, przez zwielokrotnienie tańszych urządzeń, które będą mogły się nawzajem uzupełniać i zastępować, czy przez inteligentne oprogramowanie zarządzające - kogo to obchodzi? No, może zapaleńców takich, jak ja i paru moich kolegów.
LITERATURA:
VADEMECUM TELEINFORMATYKA II

PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXIV nr 1/2001:

Andrzej JASZCZYK, Krzysztof PERLICZKI

www.fineprint.com

www.gigawat.net.pl

www.luchowski.com

1

---