ГЛАВА 5 Примеры сетей
В этой главе рассматриваются примеры наиболее популярных типов сетей — сетей операторов связи, корпоративных сетей и Интернет. Несмотря на различия между этими типами сетей, они имеют много общего и, прежде всего, схожую архитектуру. Так, любая телекоммуникационная сеть состоит из магистрали, сетей доступа, информационных центров и оборудования клиентов. Естественно, что эта обобщенная схема наполняется собственным содержанием для каждого конкретного типа сети.
Сети телекоммуникационных операторов отличаются тем, что они предоставляют публичные услуги. Традиционными услугами операторов связи являются услуги телефонии, а также предоставления каналов связи в аренду тем организациям, которые собираются строить на их основе собственные сети. С распространением компьютерных сетей операторы связи существенно расширили спектр своих услуг, добавив доступ к Интернету, виртуальные частные сети, веб-хостинг, электронную почту и IP-телефонию, а также широковещательную рассылку аудио- и видеосигналов.
С середины 80-х годов 20-го века в мире начался процесс лишения традиционных операторов связи монополии на предоставление публичных услуг. Этот процесс привел к появлению альтернативных операторов, пытающихся привлечь клиентов расширенным набором услуг и более привлекательным соотношением цены и качества услуг. Знание административного устройства телекоммуникационного мира полезно для понимания особенностей сетевых технологий, которые в некоторых случаях специально разработаны для операторов определенного типа.
Корпоративные сети имеют иерархическую структуру, аналогичную структуре сетей операторов связи, и отличаются от них тем, что, как правило, предоставляют услуги только сотрудникам предприятия, которое владеет этой сетью.
Заканчивается глава описанием Интернета. Эта сеть, уникальная во многих отношениях, оказала критическое влияние на развитие сетевых технологий в современном мире.
Обобщенная структура телекоммуникационной сети
Список ключевых слов: канал связи, сеть доступа, терминальное оборудование, офисный телефонный коммутатор, абонентское окончание, магистральная сеть, информационный центр, или центр управления сервисами.
Несмотря на сохраняющиеся различия между компьютерными, телефонными, телевизионными, радио и первичными сетями, в их структуре можно найти много общего. В общем случае телекоммуникационная сеть состоит из следующих компонентов (рис. 5.1):
-
терминального оборудования пользователей (возможно, объединенного в сеть);
-
сетей доступа;
-
магистральной сети;
-
информационных центров, или центров управления сервисами (Services Control Point (SCP)).
Рис. 5.1. Обобщенная структура телекоммуникационной сети
Как сеть доступа, так и магистральная сеть строятся на основе коммутаторов. Каждый коммутатор оснащен некоторым количеством портов, которые соединяются с портами других коммутаторов каналами связи.
Сеть доступа
Сеть доступа составляет нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети. Основное назначение сети доступа — концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования клиентов, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети.
В случае компьютерной сети терминальным оборудованием являются компьютеры, телефонной — телефонные аппараты, телевизионной или радиосети —
соответствующие теле- или радиоприемники. Терминальное оборудование пользователей может быть объединено в сети, которые не включаются в состав телекоммуникационной сети, так как принадлежат пользователям и размещаются на их территории. Компьютеры пользователей объединяются в LAN, а телефоны могут быть подключены к офисному телефонному коммутатору РВХ (Private Branch Exchange).
Сеть доступа — это региональная сеть, отличающаяся большой разветвленностью. Как и телекоммуникационная сеть в целом, сеть доступа может состоять из нескольких уровней (на рис. 5.1 их показано два). Коммутаторы, установленные в узлах нижнего уровня, мультиплексируют информацию, поступающую по многочисленным абонентским каналам, часто называемым абонентскими окончаниями, и передают ее коммутаторам верхнего уровня, чтобы те в свою очередь передали ее коммутаторам магистрали.
Количество уровней сети доступа зависит от ее размера; небольшая сеть доступа может состоять из одного уровня, крупная — из двух-трех.
Магистральная сеть
Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам.
Коммутаторы магистрали могут оперировать не только информационными соединениями между отдельными пользователями, но и агрегированными информационными потоками, переносящими данные большого количества пользовательских соединений. В результате информация с помощью магистрали попадает в сеть доступа получателей, где она демультиплексируется и коммутируется таким образом, чтобы на входной порт оборудования пользователя поступала только адресованная ему информация.
Пример
Вы можете легко заметить, что любая национальная сеть автомобильных дорог имеет ту же иерархическую структуру, что и крупная телекоммуникационная сеть. Обычно существует разветвленная инфраструктура небольших дорог, связывающих деревни и поселки. Эти дороги довольно узкие, так как интенсивность трафика между этими населенными пунктами невысокая, и нет смысла делать подобные дороги многорядными. Такие дороги вливаются в более скоростные и соответственно более широкие дороги, которые, в свою очередь, имеют соединения с национальными супермагистралями. Иерархия автомобильных дорог, как и иерархия телекоммуникационных сетей, отражает интенсивность трафика между отдельными населенными пунктами и регионами страны и делает автомобильное движение более эффективным.
Информационные центры
Информационные центры, или центры управления сервисами, реализуют информационные услуги сети. В таких центрах может храниться информация двух типов:
-
пользовательская информация, то есть информация, которая непосредственно интересует конечных пользователей сети;
-
вспомогательная служебная информация, помогающая поставщику услуг предоставлять услуги пользователям.
Примером информационных ресурсов первого типа могут служить веб-порталы, на которых расположена разнообразная справочная и новостная информация, информация электронных магазинов и т. п. В телефонных сетях подобные центры оказывают услуги экстренного вызова (например, милиции, скорой помощи) и справочные услуги различных организаций и предприятий — вокзалов, аэропортов, магазинов и т. п.
К информационным центрам, хранящим ресурсы второго типа, можно отнести, например, различные системы аутентификации и авторизации пользователей, с помощью которых организация, владеющая сетью, проверяет права пользователей на получение тех или иных услуг; системы биллинга, которые в коммерческих сетях подсчитывают плату за полученные услуги; базы данных учетной информации пользователей, хранящие имена и пароли, а также перечни услуг, на которые подписан каждый пользователь. В телефонных сетях существуют централизованные центры управления сервисами (SCP), в которых установлены компьютеры, хранящие программы нестандартной обработки телефонных вызовов пользователей, например, вызовов к бесплатным справочным услугам коммерческих предприятий (так называемые услуги 800) или вызовов при проведении телеголосования.
Естественно, у сетей каждого конкретного типа имеется много особенностей, тем не менее их структура в целом соответствует описанной. В то же время, в зависимости от назначения и размера сети, в ней могут отсутствовать или же иметь несущественное значение некоторые составляющие обобщенной структуры. Например, в небольшой локальной компьютерной сети нет ярко выраженных сетей доступа и магистрали — они сливаются в общую и достаточно простую структуру. В корпоративной сети, как правило, отсутствует система биллинга, так как услуги сотрудником предприятия оказываются не на коммерческой основе. В некоторых телефонных сетях могут отсутствовать информационные центры, а в телевизионных сетях сеть доступа приобретает вид распределительной сети, так как информация в ней распространяется только в одном направлении — из сети к абонентам.
Сети операторов связи
Список ключевых слов: сеть оператора связи, корпоративная сеть, оператор связи, телефонные услуги, услуги компьютерных сетей, транспортные услуги, информационные услуги, интерактивные услуги, широковещательные услуги, массовый клиент, корпоративный клиент, виртуальная частная сеть, оператор операторов, лицензия, альтернативный местный оператор связи, уполномоченный местный оператор связи, транснациональный оператор, точка присутствия, центральный офис.
Как уже отмечалось, важным признаком классификации сетей является то, кому предназначаются услуги, предоставляемые сетью. Сети операторов связи (поставщиков услуг) оказывают общедоступные услуги, а корпоративные сети —
услуги сотрудникам только того предприятия, которое владеет сетью.
Специализированное предприятие, которое создает телекоммуникационную сеть для оказания общедоступных услуг, владеет этой сетью и поддерживает ее работу, называется оператором связи (telecommunication carrier).
Операторы связи осуществляют свою деятельность на коммерческой основе, заключая договоры с потребителями услуг.
Операторы связи отличаются друг от друга:
-
набором предоставляемых услуг;
-
территорией, в пределах которой предоставляются услуги;
-
типом клиентов, на которых ориентируются их услуги;
-
имеющейся во владении оператора инфраструктурой — линиями связи, коммутационным оборудованием, информационными серверами и т. п.;
-
отношением к монополии на предоставление услуг.
Услуги
Особенностью современных операторов связи является то, что они, как правило, оказывают услуги нескольких типов, например услуги телефонии и доступа в Интернет. Услуги можно разделить на несколько уровней и групп. На рис. 5.2 показаны только некоторые основные уровни и группы, но и эта неполная картина хорошо иллюстрирует широту спектра современных телекоммуникационных услуг и сложность их взаимосвязей. Услуги более высокого уровня опираются на услуги нижележащих уровней. Группы услуг выделены по типу сетей, которые их оказывают, — телефонные или компьютерные (для полноты картины нужно было бы дополнить рисунок услугами телевизионных и радио сетей).
Рис. 5.2. Классификация услуг телекоммуникационной сети
(закрашенные области соответствуют традиционным услугам операторов связи)
Услуги предоставления каналов связи в аренду являются услугами самого нижнего уровня, так как пользователь при этом должен еще построить с помощью предоставленных каналов собственную сетевую инфраструктуру (установить телефонные коммутаторы или коммутаторы пакетных сетей), прежде чем начать извлекать из них какую-либо выгоду. Обычно такими услугами пользуются либо другие операторы связи, не имеющие собственных каналов связи, либо крупные корпорации, которые на базе каналов строят свои частные корпоративные сети (которые рассматриваются далее).
Следующий уровень составляют две большие группы услуг: телефонные услуги и услуги компьютерных сетей.
Телефонные услуги и предоставление каналов связи в аренду на протяжении очень долгого времени были традиционным набором услуг оператора связи.
Услуги компьютерных сетей стали предлагаться намного позже, чем телефонные услуги, и по абсолютному уровню доходов, приносимых операторам связи, они пока значительно отстают от традиционных телефонных услуг. Тем не менее подавляющее большинство операторов связи предоставляет услуги компьютерных сетей, и по темпам роста они намного опережают традиционные телефонные услуги, имея отличные перспективы. В объемном исчислении всемирный трафик данных уже превзошел телефонный трафик, но низкие тарифы на услуги передачи данных пока не позволяют им догнать традиционные услуги в стоимостном выражении.
Каждый из описанных уровней услуг, в свою очередь, можно разделить на подуровни. Например, оператор может предоставлять предприятию-клиенту на основе услуги доступа в Интернет, которая заключается в простом транспортном подключении компьютера или локальной сети к всемирной общедоступной сети, такие дополнительные услуги, как организацию виртуальной частной сети, надежно защищенной от остальных пользователей Интернета, или же создание информационного веб-портала предприятия и размещение его в своей сети.
Верхний уровень сегодня занимают комбинированные услуги, реализация которых требует совместного оперативного взаимодействия компьютерных и телефонных сетей. Ярким примером таких услуг является международная IP-телефония, которая отобрала у традиционной международной телефонии значительную часть клиентов.
Комбинированные услуги — это прямое следствие конвергенции сетей и главная движущая сила этого процесса.
Услуги можно разделить и по другому принципу — на транспортные и информационные. Телефонный разговор — это пример услуги первого типа, так как оператор доставляет голосовой трафик от одного абонента к другому. Примерами информационных услуг являются справочные услуги телефонной сети или веб-сайтов.
Именно этот тип различий услуг отражается на названиях телекоммуникационных компаний. Мы говорим «оператор» применительно к традиционным компаниям, основным бизнесом которых всегда были телефонные услуги и услуги предоставления каналов связи в аренду, то есть транспортные услуги. Название «поставщик услуг» стало популярно с массовым распространением Интернета и его информационной услуги WWW.
Услуги можно различать не только по виду предоставляемой информации, но и по степени их интерактивности. Так, телефонные сети оказывают интерактивные услуги, поскольку два абонента, участвующие в разговоре (или несколько абонентов, если это конференция), попеременно проявляют активность. Аналогичные услуги предоставляют компьютерные сети, пользователи которых могут активно участвовать в просмотре содержания веб-сайта, отвечая на вопросы анкеты или играя в игры.
С другой стороны, радиосети и телевизионные сети оказывают широковещательные услуги, при этом информация распространяется только в одну сторону — из сети к абонентам, по схеме «один ко многим».
Клиенты
Все множество клиентов — потребителей инфотелекоммуникационных услуг — можно разделить на два больших лагеря: массовые индивидуальные клиенты и корпоративные клиенты.
В первом случае местом потребления услуг выступает квартира или частный дом, а клиентами — жильцы, которым нужны, прежде всего, базовые услуги — телефонная связь, телевидение, радио, доступ в Интернет. Для массовых клиентов очень важна экономичность услуги — низкая месячная оплата, возможность использования стандартных терминальных устройств, таких как телефонные аппараты, телевизионные приемники, персональные компьютеры, а также возможность использования существующей в квартире проводки в виде телефонной пары и телевизионного коаксиального кабеля. Сложные в обращении и дорогие терминальные устройства, такие как, например, компьютеризованные телевизоры или IP-телефоны, вряд ли станут массовыми до тех пор, пока не приблизятся по стоимости к обычным телевизорам или телефонам и не будут поддерживать простой интерфейс с пользователем, не требующий для его освоения прослушивания специальных курсов. Существующая в наших домах проводка — это серьезное ограничение для предоставления услуг доступа в Интернет и новых услуг компьютерных сетей, так как она не была рассчитана на передачу данных, а подведение к каждому дому нового качественного кабеля, например волоконно-оптического, — дело дорогое. Поэтому доступ в Интернет чаще всего осуществляется с помощью низкоскоростного модемного соединения по телефонной сети, но постепенно приобретают популярность новые технологии — так называемые технологии цифровых абонентских линий, позволяющие передавать по существующей телефонной проводке данные с гораздо более высокими скоростями, чем обычные модемы. Существуют также технологии доступа, которые используют для передачи данных имеющуюся в городе сеть кабельного телевидения.
Корпоративные клиенты — это предприятия и организации различного профиля. Мелкие предприятия по набору требуемых услуг не слишком отличаются от массовых клиентов — это те же базовые телефония и телевидение, стандартный модемный доступ к информационным ресурсам Интернета. Разве что телефонных номеров такому предприятию может потребоваться не один, а два или три.
Крупные же предприятия, состоящие из нескольких территориально рассредоточенных отделений и филиалов, а также имеющие сотрудников, часто работающих дома, нуждаются в расширенном наборе услуг. Прежде всего, такой услугой является виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN), когда оператор связи создает для предприятия иллюзию того, что все его отделения и филиалы соединены частной сетью, то есть сетью, полностью принадлежащей предприятию-клиенту и полностью управляемой предприятием-клиентом. На самом же деле для этих целей задействуется сеть оператора, то есть общедоступная сеть, которая одновременно передает данные многих клиентов.
В последнее время корпоративные пользователи все чаще получают не только транспортные, но и информационные услуги операторов, например, переносят собственные веб-сайты и базы данных на территорию оператора, поручая последнему поддерживать их работу и обеспечивать быстрый доступ к ним для сотрудников предприятия и, возможно, других пользователей сети оператора.
Инфраструктура
Помимо субъективных причин на формирование набора предлагаемых оператором услуг оказывает серьезное влияние материально-технический фактор. Так, для оказания услуг по аренде каналов оператор должен иметь в своем распоряжении транспортную сеть, например, первичную сеть PDH/SDH или же сеть с коммутацией каналов, такую как ISDN. Для оказания информационных веб-услуг требуется создать собственный сайт, который должен быть соединен с Интернетом, чтобы пользователи Интернета смогли получить к нему доступ.
В тех случаях, когда у оператора отсутствует вся необходимая инфраструктура для оказания некоторой услуги, он может воспользоваться услугами другого оператора, на базе которых, а также собственных элементов инфраструктуры, требуемая услуга может быть сконструирована. Например, для создания общедоступного веб-сайта электронной коммерции оператор связи может не иметь собственной IP-сети, соединенной с Интернетом. Для этого ему достаточно создать информационное наполнение сайта и поместить его на компьютере другого оператора, сеть которого имеет подключение к Интернету. Аренда физических каналов связи для создания собственной телефонной или компьютерной сети является другим типичным примером предоставления услуг при отсутствии одного из элементов аппаратно-программной инфраструктуры. Оператора, который предоставляет услуги другим операторам связи, часто называют оператором операторов (carrier of carriers).
В большинстве стран мира операторы связи должны получать лицензии от государственных органов на оказание тех или иных услуг связи. Такое положение существовало не всегда — практически во всех странах были операторы, которые являлись фактическими монополистами на рынке телекоммуникационных услуг в масштабах страны. Сегодня во многих странах мира ситуация кардинально изменилась, и процесс демонополизации телекоммуникационных услуг (прежде всего, традиционных услуг, на которых, собственно, и была установлена монополия) протекает достаточно бурно. В результате монополисты теряют свои привилегии, а иногда и принудительно разукрупняются.
Демонополизация рынка телекоммуникационных услуг в США
В США компания AT&T до 1984 года была монополистом на предоставление как локальных услуг телефонии, так и услуг дальней связи. В 1984 году по решению суда AT&T была разделена на части, из которых наиболее важными были AT&T Long Lines, которой было разрешено предоставлять только услуги дальней связи, и 23 компании BOS (Bell Operating Systems), получившие право оказывать телефонные услуги только в локальных масштабах. Для предоставления услуг в масштабах регионов компании BOS были объединены в семь региональных компаний — Regional BOS (RBOS). Лишенным привилегий и разукрупненным национальным монополистам приходится бороться за клиентов с новыми операторами, которые приходят как на рынок локальных услуг, так и на региональные рынки и рынок дальней связи. Таких операторов обычно называют альтернативными. В США процесс конкурентного развития рынка телекоммуникационных услуг был ускорен в 1996 году, когда Конгрессом был принят документ Telecommunication Act, снимающий ограничения для оператора связи на предоставление услуг только в одном секторе рынка (либо дальней или региональной связи, либо локальных услуг). Сегодня в США работают большое количество альтернативных местных операторов связи (Competitive Local Exchange Carriers, CLEC) наряду с бывшими монополистами — уполномоченными местными операторами связи (Incumbent Local Exchange Carriers, ILEC). He менее острая конкуренция идет и на рынке региональной и дальней связи США, где работает достаточно много крупных операторов, называемых транснациональными операторами (InterXchange Carriers, IXC). Эта терминология актуальна не только для читателей, живущих в США, так как она иногда используется при описании проектных решений и даже технологий, так что по типу оператора связи (IXC, CLEC или ILEC) легко понять его место в системе отношений операторов и специфику его услуг.
Территория покрытия
По степени покрытия территории, на которой предоставляются услуги, операторы делятся на локальных, региональных, национальных и транснациональных.
Локальный оператор работает на территории города или сельского района. Традиционный локальный оператор (ILEC в терминологии США) — это оператор городской телефонной сети, который владеет всей соответствующей транспортной инфраструктурой: физическими каналами между помещениями абонентов (квартирами, домами и офисами) и узлом связи, автоматическими телефонными станциями (АТС) и каналами связи между телефонными станциями. Сегодня к традиционным локальным операторам добавились альтернативные (CLEC), которые часто являются поставщиками услуг нового типа, прежде всего, услуг Интернета, но иногда конкурируют с традиционными операторами и в секторе телефонии.
Несмотря на демонополизацию телекоммуникационной отрасли, физическими каналами доступа к абонентам по-прежнему в большинстве случаев владеют традиционные локальные операторы, такие как ILEC в США.
В таких неравноправных условиях альтернативным местным операторам достаточно трудно вести свой бизнес. У них есть несколько возможностей. Во-первых, они могут предоставлять только дополнительные услуги по передаче и обработке данных, например доступ в Интернет, размещение в своих узлах информационных ресурсов клиентов и т. п. А для организации доступа абонентов к этим ресурсам можно заключить договор с традиционным оператором, который будет направлять трафик непосредственно подключенных к нему абонентов в сеть альтернативного оператора. Здесь мы видим естественную специализацию операторов — каждый занимается тем делом, для которого в большей степени подходит его инфраструктура, при этом сотрудничество приносит дополнительный эффект, порождая новые услуги. Во-вторых, они могут брать в аренду у традиционных локальных операторов абонентские окончания. Обычно традиционные операторы идут на это очень неохотно, хотя законодательство в ряде стран принуждает или поощряет их к этому. Остается еще и третий вариант — создать собственную сеть абонентских окончаний, причем абонентские окончания могут быть проводными и беспроводными. Учитывая количество домов и квартир, сложности прокладки к ним кабеля и необходимость приобретения разрешения на эту прокладку у местных властей, проводной вариант часто оказывается нереальным. Это обстоятельство породило большой интерес к беспроводным решениям, которые сегодня бурно развиваются.
Региональные и национальные операторы оказывают услуги на большой территории, располагая соответствующей транспортной инфраструктурой. Традиционные операторы этого масштаба выполняют транзитную передачу телефонного трафика между телефонными станциями локальных операторов, имея в своем распоряжении крупные транзитные АТС, связанные высокоскоростными физическими каналами связи. Это операторы операторов, их клиентами являются, как правило, локальные операторы или крупные предприятия, имеющие отделения и филиалы в различных городах региона или страны. Располагая развитой транспортной инфраструктурой, такие операторы обычно оказывают услуги дальней связи, передавая транзитом большие объемы информации без какой-либо обработки.
Транснациональные операторы оказывают услуги в нескольких странах. Примерами таких операторов являются Cable & Wireless, Global One, Infonet. Они имеют собственные магистральные сети, покрывающие иногда несколько континентов. Часто такие операторы тесно сотрудничают с национальными операторами, используя их сети доступа для доставки информации клиентам.
Взаимоотношения между операторами связи различного типа
Взаимосвязи между операторами различного типа (а также их сетями) иллюстрирует рис. 5.3. На рисунке показаны клиенты двух типов — индивидуальные и корпоративные. Нужно иметь в виду, что каждый клиент обычно нуждается в услугах двух видов — телефонных и передачи данных. Индивидуальные клиенты имеют в своих домах или квартирах, как правило, телефон и компьютер, а у корпоративных клиентов имеются соответствующие сети — телефонная, поддерживаемая офисным телефонным коммутатором (РВХ), и локальная сеть передачи данных, построенная на собственных коммутаторах.