`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Next Generation Network – «тройственный» союз

Статья опубликована в №46 (565) от 5 декабря

0 
 

Словосочетание Next Generation давно стало привычным. Когда разговор о переходе на шестую версию протокола IP только начинался, аббревиатура IPng (Internet Protocol Next Generation) встречалась значительно чаще, чем IPv6. Появлению версии 1.1 протокола HTTP также предшествовало обозначение HTTP-NG. Теперь термин Next Generation применяется уже не к отдельным протоколам, а к глобальной сети в целом. О том, какими характеристиками должна обладать сеть будущего, каждый специалист в этой области составил свое мнение, но большинство из них единодушны в одном: прообразом сети следующего поколения станет Интернет.

Спросите системного администратора о том, сколько сетей в его компании. Он расскажет о локальных сетях всех отделов, линиях связи между ними и о соединениях с интернет-провайдерами. Не исключено, что вспомнит о беспроводной сети, абонентами которой являются многие сотрудники и, вероятно, он сам. Но одну сеть забудет наверняка. Это неудивительно. Во-первых, она находится не в его ведении, а во-вторых, представляет собой сеть с коммутацией каналов. Конечно же, это телефонная сеть предприятия, к которой все так привыкли, что даже не замечают ее.

«Давным-давно» (по сетевым меркам), а на самом деле немногим более десяти лет назад появились системы IP-телефонии, разработка которых стала первым шагом на долгом пути конвергенции сетей – объединения сетей передачи данных, голоса и видео в единую инфраструктуру, которую сейчас называют Next Generation Network (NGN).

Поддержка сеанса на прикладном уровне

Традиционная телефонная сеть не свободна от недостатков. Один из них состоит в том, что вызовы направляются не человеку, а устройству. Именно телефонному аппарату присваивается идентификатор (номер), а тому, кто пытается дозвониться, остается лишь надеяться, что абонент именно в это время находится где-то рядом. Практически круглые сутки под руками у пользователя имеется настольный или мобильный аппарат, и, тем не менее, установить связь удается не всегда.

В сети нового поколения такая ситуация явно недопустима. Выйти из положения помогут службы, поддерживающие специальные протоколы, один из которых носит название SIP (Session Initiation Protocol). Как следует из названия, данный протокол (принадлежащий прикладному уровню стека TCP/IP) обеспечивает инициализацию (и, конечно же, завершение) сеанса взаимодействия. Чтобы начать сеанс, приходится решать сложную задачу поиска пользователя в сети. Увы, обычный телефонный номер, исправно выполняющий свои функции более сотни лет, не обеспечивает необходимой гибкости, поэтому в новой сети на первый план выходит идентификатор пользователя, отличающийся от адреса электронной почты лишь наличием дополнительного префикса sip:. Именно этот идентификатор позволяет найти абонента, где бы тот ни находился: дома, в офисе, в спортзале. Главное, чтобы тот был рядом с устройством, подключенным к сети.

Проанализировав данные, передаваемые в процессе SIP-взаимодействия, нельзя не удивиться, насколько сильно влияет Web на системы, связанные с ним лишь косвенно. Запросы и ответы, предусмотренные в протоколе SIP, вполне можно спутать с запросами и ответами, передаваемыми при HTTP-обмене, настолько они похожи. Как и в HTTP, SIP-запрос начинается со строки, включающей три компонента: метод запроса, идентификатор и версию протокола. Разница лишь в деталях. Вместо GET, POST, PUT и т. д. применяются INVITE (инициация вызова), REGISTER (регистрация в службе имен), BYE (завершение сеанса) и другие методы, а вместо унифицированного указателя ресурса приведен идентификатор пользователя. Еще больше похож на HTTP заголовок SIP-ответа. В нем можно встретить привычные всем последовательности 200 OK или 404 Not Found. О том, что мы все же имеем дело не с HTTP, напоминают коды ответа, начинающиеся с цифры 6. Для таких сообщений, как «линия занята» или «абонент не найден», аналогов в HTTP не нашлось.

Несмотря на сходство между протоколами SIP и HTTP, инфраструктура, требуемая для установления сеанса, намного сложнее, чем Web. На каждом конце соединения должна присутствовать пользовательская программа (UA – User Agent), объединяющая в себе клиентский (UAC – User agent client) и серверный (UAS – User agent server) компоненты. Если расположение абонента неочевидно, в действие вступают proxy-сервер и сервер перенаправления (Redirect server), непосредственно взаимодействующие со службой адресации (Location service). Естественно, найти пользователя можно только в том случае, если он предварительно зарегистрировался в системе. Для этой цели служит сервер регистрации (Registrar server).

Применение SIP далеко не исчерпывается поддержкой телефонных разговоров. Этот протокол применим для работы с мультимедиа-данными, а также с любой информацией, требующей поддержки сеанса. MIME-тип обычно не дает достаточных сведений об этих данных, поэтому для их описания разработан протокол SDP (Session Description Protocol). Именно SDP-сообщения помещаются в тело SIP-запросов, которое, в отличие от протокола HTTP, обязательно присутствует.

IMS: забота о будущем

Если бы речь шла лишь об объединении существующих телефонных сетей с Интернетом, то в аббревиатуре NGN первые две буквы были бы явно неуместными. Решение такой упрощенной задачи очевидно: интегрировать с существующей сетью сигнальный коммутатор Softswitch, управляющий установлением и разрывом соединений. Однако инфраструктура должна быть разработана так, чтобы охватывать не только существующие, но и будущие технологии. Поэтому уже в течение восьми лет ведется работа по созданию спецификации IMS (IP Multimedia Subsystem), определяющей принципы передачи данных различных типов по сетям с коммутацией пакетов и сопутствующие вопросы, связанные с управлением информацией, обеспечением безопасности и т. д. В настоящее время работа над IMS еще не закончена. Широкое внедрение средств, реализующих данную архитектуру, ожидается в 2008–2009 гг.

Как и любая достаточно сложная система, IMS имеет многоуровневую структуру. На нижнем, транспортном уровне в нее входят различные сети, в том числе и самая распространенная на сегодняшний день IP-сеть. Именно на данном уровне к системе подключаются конечные устройства: настольные системы, PDA, цифровые телефоны. Не забыты и аппаратные средства, которые не могут непосредственно взаимодействовать с сетями с коммутацией пакетов. Так, для традиционных телефонов предусмотрен PSTN-шлюз, реализующий в рамках IMS фрагменты сети с коммутацией каналов.

Следует заметить, что правильно реализованный транспортный уровень позволит совершенно безболезненно интегрировать беспроводные сети со структурой NGN. Они органично войдут в нее и займут свое место наравне с IP-сетями.

Несмотря на обилие возможностей, транспортный уровень выполняет лишь вспомогательные функции, подчиненные решению более сложных задач уровня управления. Данному уровню принадлежит достаточно много элементов, в рамках одной статьи нереально описать их все, поэтому ограничимся лишь упоминанием о двух наиболее важных. Это CSCF (Call Session Control Function), объединяющий в себе серверы SIP, и HSS (Home Subscriber Server), обеспечивающий поддержку профилей конечных пользователей.

И наконец, на вершине иерархии находится уровень служб. Некоторые из них доступны уже на современных платформах, другие, базирующиеся на расширенных средствах управления NGN, еще предстоит создать. Этому уровню принадлежат серверы мультимедиаданных, средства поддержки голосовых виртуальных частных сетей, позволяющие объединить существующие VPN (Virtual Private Network) с фрагментами традиционной телефонной сети, службы унифицированных сообщений, осуществляющие доставку различных типов почты и факсов посредством единого интерфейса, информационные брокеры, позволяющие поставщикам и потенциальным потребителям информации найти друг друга, распределенные средства виртуальной реальности, обеспечивающие удаленную передачу событий реального мира, и многие другие серверы приложений.

У некоторых читателей термин «уровень» в описании IMS вызовет ассоциацию с уровнями сетевого взаимодействия TCP/IP. Может возникнуть вопрос: как соотносятся уровни IMS со стеком протоколов TCP/IP? Практически никак. Наверное, удобнее всего считать, что они лежат в разных плоскостях, «пересечением» которых является прикладной уровень модели TCP/IP и уровень управления IMS (именно на последнем больше всего проявляется действие протокола SIP).

Важной особенностью спецификации IMS является тот факт, что каждый определенный в ней элемент представляет собой не аппаратное или программное решение, а функцию. Производители могут сами выбирать: выделить ли для каждой функции отдельный узел, реализовать ли на одном узле несколько функций или использовать для какой-то из них распределенные средства поддержки, работающие на нескольких узлах.

В завершение разговора об IMS нельзя не отметить одну важную деталь. В последних спецификациях данной архитектуры определено, что средства, входящие в ее состав, должны быть ориентированы на использование шестой версии протокола IP. Возможно, этот факт будет способствовать ускорению перехода на IPv6, который, по мнению многих, неоправданно затянулся.

Сеть для голоса или голос для сети?

Объединение телефонной сети с Интернетом означает не только передачу голоса по сетям с коммутацией пакетов. Интеграция систем должна быть «двусторонней», т. е. допускать голосовое управление сетью. Решить эту задачу позволит неотъемлемый компонент NGN – голосовой портал.

В настоящее время во многих странах действует широкая сеть телефонных услуг по предоставлению информации. Позвонив по определенному номеру, абонент может узнать новости, расписание движения поездов, прогноз погоды и другие сведения. С появлением сетей нового поколения набор таких услуг, безусловно, будет расширен, и в конечном итоге пользователь получит возможность услышать по обычному телефону все те данные, к которым есть доступ через компьютер, подключенный к Интернету.

Чтобы это стало реальностью, должны быть решены две масштабные задачи: синтез и распознавание речи. С первой дело обстоит хотя и не идеально, но, скажем, приемлемо. Пусть голос «электронного диктора» далек от человеческого, но смысл произнесенной фразы понять всегда можно. Что же касается второй – здесь ситуация гораздо хуже. Если надо распознать английскую речь и при этом число допустимых слов мало и есть возможность настроить систему на голос пользователя, процент ошибок будет невелик. Но он резко возрастает при увеличении объема словаря или смене диктора и становится совершенно недопустимым практически для любого из языков стран СНГ.

Почему такое внимание уделяется голосовым порталам? Несмотря на то что компьютеров, подключенных к Интернету, ежегодно становится все больше и больше, число используемых телефонных аппаратов также не стоит на месте и всегда примерно в 4–5 раз превышает количество ПК с доступом в Интернет. Это соотношение, по-видимому, сохранится в ближайшие годы: у телефонной сети есть простор для развития, ведь по результатам социологических исследований треть (а еще несколько лет назад это была половина) населения земного шара ни разу не пользовалась телефоном: ни мобильным, ни обычным. Поэтому возможность голосового обращения к Интернету автоматически увеличит число ее абонентов в несколько раз.

В настоящее время за информационные услуги по телефону – предоставление сведений о котировке акций, результатах спортивных соревнований и даже о прогнозе погоды – приходится платить. Это вполне понятно: ведь в системе работают операторы, которые получают зарплату. Развитие голосовых порталов и автоматизация основных действий по предоставлению информации позволят резко снизить плату и даже полностью отказаться от нее.

Привлечение в Интернет большого числа пользователей неминуемо создаст новую проблему. Некоторые абоненты в силу низкой квалификации попросту не смогут освоить формальные правила взаимодействия с сетевыми службами. Единственным выходом будет поддержка естественного языка. Эта задача характерна не только для голосовых порталов; возможность обработки естественно-языковых запросов существенно улучшила бы характеристики современных поисковых серверов, однако на быстрое ее решение надеяться не приходится, поскольку это – одна из основных проблем искусственного интеллекта, и над ней до сих пор бьются лучшие ученые.

Что ожидает сеть?

Наивно было бы думать, что на пути к NGN Интернет не будет претерпевать никаких изменений. Чтобы органично входить в состав сети следующего поколения, IP-сети должны удовлетворять ряду требований.

Маршрутизаторы, шлюзы, коммутаторы и другие средства управления пакетами и их передачи следует отделить от служб. Основой сети станут услуги, предоставляемые пользователям, а не обеспечивающие их средства.

Некоторые специалисты считают, что в сети будущего интеллектуальные средства естественным образом переместятся на конечные устройства. Интеллектуальными, по их мнению, должны быть приложения, а сетевые средства обязаны лишь обеспечивать эффективную и надежную передачу данных. Трудно сказать, какими аргументами они руководствуются, но согласиться с подобным утверждением трудно. Чем плохи, например, интеллектуальные маршрутизаторы? Почему интеллектуальные приложения не должны прибегать к услугам агентов-посредников, реализующих распределенную интеллектуальную структуру? Подобные утверждения звучат тем более странно, если учесть, что с переходом к NGN «уровень интеллекта» сети в целом существенно повысится. Приложения будут знать все детали доступа к требуемым ресурсам, поддерживать расширенные функции поиска, сортировки и фильтрации данных. Вовлечение в работу с сетью большого количества пользователей пройдет успешно лишь в том случае, если сетевые средства будут ориентированы на каждого из них. Средства поддержки профилей абонентов, являющиеся частью IMS, позволят эффективно осуществлять поиск пользователей, доставку информации и адаптацию данных в соответствии с их требованиями. Чем интеллектуальнее станет сеть, тем более комфортно будет чувствовать себя пользователь при работе с ней, так как от него потребуется меньше специальных знаний: заботы по правильной организации взаимодействия сеть возьмет на себя. Как конкретно распределятся интеллектуальные функции по сети – покажет будущее, и, конечно же, воплощены будут только те решения, которые докажут свою жизнеспособность на практике.

Надежность всей IP-сети в целом должна существенно возрасти. Следует внедрить алгоритмы быстрого формирования альтернативных маршрутов в случае выхода из строя маршрутизатора или линии связи. Специалисты считают, что максимально допустимое время простоя участка сети не может превышать 200 мс. Должны также широко использоваться автоматические средства распознавания и противодействия атакам, предпринимаемым с целью вывода служб из строя.

Увеличение объема мультимедиаданных и другой информации реального времени, передаваемой по сети, порождает еще одну проблему – обеспечение качества услуг (Quality of Service – QoS) на пути следования данных от источника к потребителю. С тех пор как были предприняты первые попытки передачи мультимедиаинформации по IP-сетям, быстродействие и надежность линий связи существенно возросли. Казалось бы, проблем при связи возникать не должно. К сожалению, это не так. Вместе с пропускной способностью линий увеличивается трафик сетей, и в определенные моменты общий объем данных может стать настолько большим, что помешает прохождению мультимедиапакетов или других данных в режиме реального времени. И снова возникает задержка со всеми вытекающими последствиями. Помехой для прохождения мультимедиаданных в IP-сети становятся файлы, копируемые с FTP-серверов, электронные письма и многие другие типы информации, время доставки которой некритично. Действительно, если электронное письмо поступит в почтовый ящик получателя на несколько секунд позже, это не окажет никакого влияния на качество обслуживания клиентов. В то же время для данных реального времени подобная задержка губительна. Напрашивается вывод: обслуживать их в первую очередь.

На первый взгляд, обеспечить наивысший приоритет подобных пакетов несложно. Специально для этой цели протоколом IPv4 в заголовке предусмотрено поле под названием Type of Service. Однако на практике дело обстоит не столь гладко. Некоторые маршрутизаторы попросту не анализируют содержимое поля Type of Service и работают по принципу наилучшее из возможного (best effort), т. е. уделяют одинаковое внимание всем пакетам независимо от того, какие типы данных содержатся в них. В настоящее время приходится принимать специальные меры для обеспечения максимальной скорости прохождения пакетов. Одной из них является использование протокола RSVP (Resource ReSerVation Protocol), принадлежащего транспортному уровню, но не участвующего в передаче данных. Он также не занимается маршрутизацией, хотя и работает совместно с соответствующими протоколами. Пакеты RSVP передаются на все маршрутизаторы, расположенные по пути следования мультимедиаданных, и сообщают о поступлении информации, для которой надо обеспечить режим наибольшего благоприятствования. В NGN масштабное применение подобных косвенных решений вряд ли оправдано. Внедрение протокола IPv6 должно сопровождаться обязательной поддержкой поля приоритета, содержащегося в заголовке пакета (в IPv6 оно выполняет функции, аналогичные полю Type of Service протокола IPv4). Лишь тогда можно ожидать эффективной работы алгоритмов обеспечения качества услуг.

Пройдет несколько лет, и сеть следующего поколения станет такой же привычной, как сегодня Интернет. Определение Next Generation станет вакантным. Надолго ли?

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT