Требования к современным IP-сетям

В главе 3 были рассмотрены принципы кодирования речевой информации, используемые для передачи ее по сетям с маршрутизацией пакетов IP. Закодированные при помощи таких алгоритмов данные генерируются с заданной (не обязательно фиксированной) скоростью независимо от загрузки сети. Требуется, чтобы информация была доставлена получателю с точно той же скоростью, с какой ее генерировал отправитель. Аналогичное требование предъявляется и к доставке видеоинформации.

Синхронная передача данных предполагает периодическую генерацию битов, байтов, или пакетов, которые должны быть воспроизведены приемником с точно таким же периодом. В данном случае скорость передачи информации постоянна. ТфОП функционирует на основе синхронной передачи данных, примером может служить цифровой поток Е1.

Передача такого рода информации (аудио, видео, синхронные потоки) сама по себе не требует очень малой задержки между источником и приемником, хотя это часто является предпочтительным. Однако принципиально необходимо, чтобы задержка была предсказуема, так как только в этом случае временные параметры переданных сообщений могут быть восстановлены в приемнике.

Требования к скорости передачи информации для разных услуг варьируются очень широко. Например, передача данных телеметрии в реальном времени может требовать скорости несколько бит/с, для речевой информации удовлетворительного качества потребуется от 4 до 32 Кбит/с, для обеспечения качества на уровне ТфОП необходимо до 64 Кбит/с, передача видео требует от десятков Кбит/с до десятков Мбит/с (HDTV), в зависимости от характеристик системы (размер изображения, частота кадров, способ кодирования и т.д.). Требования ко времени доставки тоже могут быть различны. Например, при организации речевой связи допускается сквозная задержка от 12 мс при отсутствии эхокомпенсации (G.164), и до 400 мс при ее наличии. При этом, как отмечалось в главе 3, при стремлении величины задержки к верхнему пределу субъективная оценка качества связи падает, взаимодействие становится полудуплексным. Для не интерактивных приложений (например, предоставление видеоинформации по запросу) могут допускаться задержки более 500 мс, которые ограничиваются только возможностью пользователя нормально управлять процессом воспроизведения и возможностями буферизации данных в приемнике.

Процесс передачи данных по сетям с коммутацией пакетов подвержен влиянию статистически изменяющейся задержки (джиттера), возникающей при обработке очередей в узлах сети. Джиттер компенсируется приемником путем использования буфера воспроизведения. Приемник должен обладать информацией о статистических характеристиках задержки, чтобы предусмотреть необходимое место в буферном накопителе. Например, если допустимы потери 0,1% пакетов, величина буфера должна поддерживаться на уровне, превышающем переменную составляющую задержки поступающих пакетов в 99,9% случаев. Таким образом, высокий уровень джиттера заставляет мириться либо с большим количеством мест в буферном накопителе и, как следствие, с большими задержками, либо с высоким уровнем потерь информации.

Сеть Интернет была создана для передачи данных на основе адаптивной маршрутизации, предполагающей, что данные могут следовать по разным маршрутам, выбираемым в зависимости от некоторых условий. Кроме того, в сети Интернет не предусматривалось установление соединения между источником и приемником информации, т.е. между компьютерами в сети не устанавливается никаких связей, информация о которых сохранялась бы в сети. Это приводит к тому, что пакеты часто приходят к получателю не в той последовательности, в какой они были переданы.

Интернет - сеть с доставкой по мере возможности. Это значит, что сеть пытается доставить информацию, но если это по каким-либо причинам не получается, то информация будет потеряна. Потери пакетов в Интернет, к сожалению, носят «пачечный» характер, то есть внутри некоторых интервалов времени теряется сразу много пакетов подряд или пакетов, следующих с небольшими промежутками. Эта характеристика сети Интернет затрудняет организацию передачи мультимедийной информации, поскольку такие приложения нормально работают только в условиях случайных независимых потерь.

Интернет - сеть, которая сегодня поддерживает только одноадресную доставку. Многоадресная доставка информации, очень полезная для многих приложений (организация конференций, трансляция телепрограмм и т.д.), поддерживается только в экспериментальном режиме на некоторых участках.

Кроме того, сегодня Интернет предоставляет любым приложениям и любым пользователям одинаковый (и притом, как уже говорилось, не гарантированный и не специфицированный) уровень качества обслуживания. Это не позволяет сравнивать качество услуг IP-телефонии с качеством услуг ТфОП, так как в ТфОП существуют и действуют очень жесткие спецификации качества обслуживания вызовов. Для решения названной проблемы необходимо обеспечить возможность резервирования ресурсов сети в процессе установления соединений.

Скажем несколько слов о надежности. Стремление обеспечить в рамках IP-сетей предоставление услуг телефонии, аналогичных услугам ТфОП, сталкивается с проблемой физической надежности сети. Пользователи ТфОП привыкли, что услуги доступны 24 часа в сутки 7 дней в неделю, т.е. всегда. Эта привычка вполне обоснована, так как АТС и другое оборудование, составляющее основу ТфОП, разработано с учетом коэффициента готовности 99.999%, что эквивалентно 3 часам простоя за 40 лет (!) эксплуатации. Так исторически сложилось, что в мире сетей передачи данных действуют совершенно другие стандарты. Большинство людей не смогут ответить, когда последний раз не работал их телефон, однако они без труда припомнят, когда отказала локальная сеть, или не было доступа к Интернет. Создание универсальной сетевой инфраструктуры на базе протокола IP потребует пересмотреть требования к надежности IP-сетей.

Подводя итог, отметим, что Интернет в сегодняшнем состоянии, со всеми отмеченными выше свойствами, вполне удовлетворяет требованиям наиболее популярных приложений (WWW, электронная почта, передача файлов и т.д.), однако, как мы увидим ниже, для поддержки новых услуг, в том числе аналогичных по сути и качеству услугам ТфОП, необходима глубокая поэтапная модернизация сети с внедрением новых протоколов и алгоритмов обслуживания трафика.