Вкс в сетях с негарантированным сервисом.

Особенности сетевых технологий с интересующей нас точки зрения более всего проявляются в отличиях реализаций физического и канального уровней стека сетевых протоколов. Для анализа возможностей построения мультимедиа систем в локальных сетях было бы вполне достаточно сравнения характеристик этих уровней. Однако поскольку системы ВКС работают в средах, объединяющих как локальные, так и территориальные сети передачи данных (Х.25, ISDN, ATM, ISDN и т.д.), то в этот анализ необходимо будет включить и характеристики, соответствующие сетевым протоколам. В этом анализе для простоты при обсуждении характеристик территориальных сетей мы будем учитывать лишь сервис, предоставляемый конечному пользователю, оставляя без внимания проблемы межсетевого взаимодействия.

С учетом требований к сети, приведенных выше, примем в качестве параметров, характеризующих сеть, следующие:

- пропускная способность сетевого канала;

- время задержки передачи данных; приемлемой величиной задержки может считаться 10 - 15 мс и, поскольку входная буферизация может обеспечить изохронность потока, то возможная величина джиттера учитываться не будет;

- возможность многоточечных соединений, многоадресная передача относительно просто реализуется в пакетных сетях, но порождает ряд сложных проблем для сетей коммутации каналов;

- надежность, т.е. контроль ошибок и механизм их коррекции. Для локальных сетей эти проблемы решаются аппаратно посредством механизмов проверки контрольной суммы и отбраковки испорченных кадров на МАС-уровне. Такая стратегия является вполне приемлемой для мультимедийного трафика. В территориальных сетях эти механизмы более сложны и далеко не всегда подходят для рассматриваемых приложений, поэтому проблемы обеспечения достоверности передачи следует учитывать при оценке WAN-технологий.

Проведем краткий анализ ряда распространенных сетевых технологий с негарантированным сервисом.

Ethernet (10 BaseT). Эта технология является наиболее широко используемой в локальных сетях. Пропускная способность ее канала (10 Мбит/с) позволяет существовать нескольким потокам аудио/видеотрафика одновременно. Однако доступ к каналу по методу CSMA/CD (множественный доступ с обнаружением коллизий) приводит к принципиально непредсказуемой величине задержки при передаче каждого кадра. В ситуации высокой загрузки сегмента нет возможности контролировать полосу, выделяемую каждому приложению, или время ожидания доступа к каналу.

Кроме того, Ethernet-технология не обладает механизмами установления приоритета ни для приложений, ни для рабочих станций и, тем самым, не способна обеспечить благоприятные условия для передачи трафика приложений реального времени. Тем не менее, многие мультимедийные приложения работают в сетях Ethernet, решая перечисленные проблемы на высших протокольных уровнях, главным образом, путем ограничения загрузки сегментов.

Таким образом, не располагая механизмами ограничения величины задержки передачи, Ethernet-технология является мало пригодной для развертывания мультимедиа приложений; вместе с этим она обеспечивает достаточно производительный канал передачи, располагает механизмом многоадресной передачи и в условиях невысокой нагрузки на сегмент может удовлетворить требованиям большинства систем ВКС, что и нашло свое подтверждение в разработке специального стандарта Н.323 для систем ВКС в Ethernet-сетях.

Fast Ethernet (100 Base T). Принятый стандарт IEEE 802.3 технологии «быстрого» Ethernet обеспечил подъем пропускной способности каналов локальных сетей с 10 до 100 Мбит/с. Используя протокол доступа к среде CSMA/CD, эта технология наследует основные недостатки традиционного Ethernet, касающиеся мультимедийного трафика - негарантированное время задержки, отсутствие механизмов определения приоритетов трафика, заметное снижение эффективной пропускной способности канала при росте числа станций в сегменте. Вместе с тем, при условии ограничения средст-вами высокоуровневых протоколов числа мультимедийных потоков, одновременно генерируемых в сети, можно получить приемлемые условия для работы приложений реального времени.

Таким образом, в сети Fast Ethernet обеспечиваются каналы с пропускной способностью, достаточной для десятков таких приложений, как ВКС, видео по требованию, и т.п., поддерживается режим многоадресной передачи, но не гарантируется малость и постоянство времени пересылки данных. В целом, эта технология мо-жет обеспечить мультимедиа приложения в локальной сети малого и среднего масштабов (до 30 - 50 станций).

Коммутируемый Ethernet. Построение локальной сети на основе коммутаторов Ethernet может обеспечить каждой паре клиентских станций выделенный канал с пропускной способностью 10 Мбит/с, а при использовании дуплексного режима и 20 Мбит/с. Эта возможность снимает проблемы пропускной способности и непостоянство времени задержки передачи пакетов. Решение задач многоадресной пере-дачи данных требует объединения станции-получателей в единый коллизионный домен, что снова ставит проблему непостоянства времени передачи.

Таким образом, коммутируемая Ethernet-сеть решает проблемы создания мультимедиа сети (до 24 станций - по числу портов коммутатора).

Изохронный Ethernet (IsoEthernet). Стандарт IEEE 802.9, принятый по инициативе корпораций IBM и National Semiconductor, определил сетевую технологию, объединившую в себе идеи пакетной и канальной коммутации. На канальном уровне эта сеть представляет собой сочетание 10-мегабитной со-ставляющей обычного Ethernet и 98 В-каналов (по 64 Кбит/с каждый) ISDN (всего 6 Мбит/с). Такое рас-ширение общей полосы пропускания канала достигается применением более эффективной схемы коди-рования (5В/4В вместо манчестерского кода) и не требует какой-либо модернизации кабельной инфра-структуры сети. На канальном уровне обычный пакетный трафик Ethernet оказывается отделенным от изо-хронного трафика мультимедийных приложений и не порождает обычных для Ethernet-сетей проблем ва-риации времени задержки передачи. Изохронные каналы синхронизируются на основе стандарта Q.931 обычно используемого в сетях ISDN. Для передачи трофика, требующего относительно широкополосного канала, предусмотрена возможность мультиплексирования любого числа В-каналов.

Таким образом, IsoEthernet является технологией сети с разделяемой средой передачи, способной обеспечить изохронность передачи аудио/видеоинформации; она располагает относительно ограничен-ной пропускной способностью канала (6 Мбит/с) и не поддерживает режим многоадресной передачи на изохронных каналах. Для передачи большого числа MJPEG и MPEG-кодированных потоков пропускная способность такой сети может оказаться недостаточной, однако ее ISDN-подобные каналы хороши для обеспечения работы систем ВКС с кодеками, соответствующими рекомендациям Н.261.

IP сети с пакетной коммутацией. Как правило, составляющие распределенных приложений работают в ЛВС, объединяемых каналами территориальных (WAN) сетей передачи данных, подавляющее число которых сегодня является сетями с пакетной коммутацией. Такие сети включают довольно широкий спектр сетевых технологий, отличающихся своими физическими и канальными уровнями. В данном рас-смотрении я объединяю их в единый класс по признаку использования IP-протокола в качестве протокола сетевого уровня.

Протокол IP не налагает сколько-нибудь существенных ограничений на пропускную способность канала, определяемую свойствами протоколов физического и канального уровней. Однако поскольку IP-протокол базируется на каналах, не предусматривающих установления соединения, то на пути от источника к получателю пакеты данных одного сообщения могут перемещаться по разным маршрутам, приобретая разные задержки.

Режим многоадресной передачи изначально не был предусмотрен в IP-протоколе, но с появлением мультимедийных приложений было создано его многоадресное расширение и внутри Internet реализована специальная экспериментальная сеть Mbone, поддерживающая этот режим.

В настоящее время ведется активная работа над протоколом IP следующего поколения (Ipng) включающим описания механизма потоков. Такой механизм отработан на ряде фирменных протоколов компаний 3Com, Cisco, Ipsilon и т.д. Он позволяет отличать высокоприоритетные пакеты приложенийй ре-ального времени от «обычных» данных и идентифицировать каждый из мультимедийных пакетов. Этот механизм дает возможность более тонкой настройки каналов IP-сетей.

Отметим, что как протокол сетевого уровня, IP не является ограничением для высокоскоростных каналов связи. Вследствие ориентации на технологию передачи без установления соединений этот протокол не предоставляет никаких гарантий ограничения величины задержки или ее вариации. Многоадресная передача данных им поддерживается. Будучи усовершенствованным для поддержки трафика реального времени, этот базисный протокол Internet может стать надежной платформой для работы распределенных мультимедиа систем.