В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Глобальные сети: вопросы классификации
Часть 1

Николай Слепов
к.т.н., с.н.с. РАН

Известно, что все сети обычно делятся на две большие группы: локальные (ЛС, или LAN) и глобальные (ГлС, или WAN). Эта схема классификации была предложена специалистами ЛС около 40 лет назад. В ней фигурировала и промежуточная группа: MAN – группа городских, или метросетей. По этой классификации глобальными считались сети Интернет и ТфОП. Это деление основывалось на размере охватываемой территории. ЛС можно классифицировать и как сети, модель которых и применяемые в них технологии используют первые два уровня OSI. С классификацией ГлС все сложнее, так как они не формализованы, хотя с момента их возникновения (1876 г.) прошло более 125 лет. В отличие от ЛС они не имеют общей модели, подобной OSI, и даже не имеют формального определения. В настоящей статье сделана попытка дать такое определение и предложить подход, который поможет их классифицировать.

Что такое глобальная сеть?

Приступая к исследованию какого-либо вопроса или вступая в дискуссию на какую-либо тему, мы должны быть уверены, что будем поняты аудиторией. Это предполагает использование однозначных технических терминов. При отсутствии терминологических ГОСТов в технике связи специалисты стали использовать либо английские кальки, либо их смысловые переводы. Однако на вопрос "что такое глобальная сеть?" сложно найти однозначный ответ. Так, специалисты Cisco Systems [1] уверены, что ГлС – это "сеть WAN для передачи данных, охватывающая относительно большую географическую область, где часто используются носители, предоставляемые общедоступными службами, например телефонными компаниями, а WAN-техно-логии обычно функционируют на трех нижних уровнях модели OSI".

В этом определении указаны такие черты ГлС, как: характер трафика (данные), размер территории (большая область), среда передачи (ОВ/UTP), используемые уровни модели OSI (1–3). Это определение ГлС неприемлемо по ряду причин:

1. ГлС не является сетью передачи данных (СПД), а переход ТфОП "к цифровой форме возник совсем не из потребностей… в улучшении услуг передачи данных" [2];
2. размер охватываемой территории – это лишь один из многих признаков, используемых для классификации сетей;
3. использование ОВ или UTP характерно как для ГлС, так и для ЛС и соответственно не может являться отличительной чертой только ГлС;
4. модель OSI разрабатывалась для ЛС, а не для ГлС, основные из которых (PDH, SDH/SONET, WDM) используют только физический уровень OSI или имеют свои, "фотонные", модели (SDH/SONET) [3, 4].

Два других определения приведены в [5]: "Глобальная сеть – территориально распределенная сеть, охватывающая большую часть территории земного шара, построенная с использованием спутниковых и наземных линий связи… которая в отличие от ЛС и кампу-сных сетей не имеет единой сетевой архитектуры, а построена на основе коммутируемых или выделенных каналов существующих сетей… и обеспечивает передачу разнотипного трафика: телефон, факс, данные и т.п. Фактически же предоставляет услуги трех нижних уровней модели OSI и… переносит данные из одной ЛС в другую".

Стоит отметить, что в этих определениях фактически приведен только один отличительный признак – географическая протяженность сети, а другие признаки: "передача данных из одной ЛС в другую", "три нижних уровня OSI" и др. – вторичны.

Другие источники [6–10], написанные известными специалистами по сетям фиксированной связи, либо вовсе не оперируют понятием ГлС [6, 8], либо не определяют его, хотя и пишут о ГлС. Удивительно, но из этих определений следует, что на основе технологий ЛС можно при масштабировании построить сети ГлС. Но это ошибка!

Технологии ГлС изначально создавались для сетей ТфОП, а развитие ГлС и переход к цифровым технологиям лишь усилили их "глобальность". Хотя надо отметить, что специалисты ГлС редко используют этот термин. Одни из них отдают предпочтение старым понятиям: ГТС, СТС, ЗТС, МТС (городская, сельская, зоновая, междугородная/международная телефонная сеть) – и выстраивают иерархию сетей, которую венчает ТфОП [8]. Другие выстраивают аналогичные, но более сложные иерархии с узлами входящих (УВС) и исходящих (УИС) сообщений [9–10]. Наконец, третьи [6–7] считают ГлС понятием само собой разумеющимся и концентрируют внимание на их архитектуре.

Формулировка определения ГлС важна не столько для задачи классификации сетей, сколько для формирования четкого набора критериев, которые отличают их от ЛС. Это особенно важно сегодня, когда в разговорах о конвергенции сетей происходит смешение понятий, и наблюдаются попытки совместить несовместимое.

Глобальные и локальные сети

Рассмотренная ситуация – это тупик, к которому мы приходим, пытаясь применить к ГлС понятия, характерные для ЛС. Парадокс заложен уже в триаде: LAN, MAN, WAN. Она классифицировала сети по размеру охватываемой территории: маленькая, средняя, большая. Но это отражало только факт масштабируемости сети и не больше!

Для выхода из тупика предлагаем два альтернативных определения:

• ЛС – сеть, которая использует технологии, имеющие признаки локальности, указанные в таблице. Данное определение означает, что независимо от класса сеть может быть названа ЛС, если на ней используется локальная технология. Оно допускает масштабирование сети ЛС, то есть MAN и WAN могут считаться вариантами ЛС.

Масштабируемость зависит от среды передачи, что ясно из анализа таких ЛС, как TR и FDDI. Размеры используемых ими колец могут составлять десятки метров, если использовать UTP, или даже десятки километров, если использовать ОК.

Размер сети определяется и технологией. В Ethernet он зависел от времени прохождения сигнала коллизии из конца в конец сети, использующей кабель, который и определял полудуплексный режим работы. Отказ от этого режима (при развитии этой технологии [11]) привел к увеличению длины сегмента сети до 40 км.

Ограничения на масштабируемость отсутствуют и при использовании технологии IP в ЛС. Так, ответ на вопрос "что такое Интернет?" может звучать так: "это ЛС планетарного масштаба" или "ГлС с технологией ЛС".

Можно привести и примеры масштабируемости ГлС типа SDH и WDM. Размеры сетей на основе этих технологий поистине глобальны, так как только одна их секция может без регенерации покрыть расстояние 600–640 км [12]. Но можно "собрать" сеть SDH/WDM из 3 узлов для организации обмена трафиком 3 операторов, установив мультиплексоры в одном зале общей АМТС, тогда размер сети может быть 10 м. Такая сеть может быть названа ЛС с технологией ГлС.

• ГлС – сеть, которая использует технологии, имеющие признаки глобальности, указанные в таблице. Этими определениями мы перенесли центр тяжести классификации на технологии, разбив их на два класса: локальные и глобальные, учитывая исторически сложившееся представление о них. Это позволило уйти от таких стереотипов, как LAN, MAN, WAN, и конкретизировать набор альтернативных    признаков,    которые представлены в таблице.

Рассмотрим кратко, на чем был основан наш выбор признаков.

• Предварительное установление соединения. В ГлС для передачи сообщения от узла А до узла Б требуется соединить отдельные звенья сети для формирования непрерывной физической цепи между ними – это предварительное условие для работы всех ГлС, работающих на сетях фиксированной связи с коммутацией цепей; если же эти технологии работают на сетях с коммутацией пакетов, то и тогда требуется предварительное установление непрерывного виртуального соединения (VC) между этими узлами, что исключает необходимость последующих процедур маршрутизации (это и происходит в сетях ГлС с коммутацией пакетов: X.25, FR и ATM). Для ЛС все узлы внутри сети заранее соединены шиной (Ethernet) или кольцом (TR, FDDI), а между собой ЛС соединены мостами, коммутаторами или маршрутизаторами (IP); в этих условиях предварительное соединение узлов А и Б не требуется, нужно установить лишь маршрут следования пакетов. Образ такой сети – "облако-море",   по   которому   и   посылают "плыть" пакет (дейтаграмму). Доплывет он или нет – не играет роли; такие сети называются дейтаграммными.

• Синхронная или асинхронная передача. Все цифровые ГлС используют синхронную передачу, то есть требуют тактовую синхронизацию (в том числе и АТМ – режим асинхронной передачи). Все ЛС не требуют синхронизации и передают только асинхронные потоки данных. Эти потоки могут передавать и ГлС, но только после того, как преобразуют их в синхронные потоки с помощью специальных устройств PAD (Х.25) или FRAD (FR).

• Поддержка специальных типов адресации (E.164 или X.121), характерных для ТфОП, – отличительная черта всех ГлС, включая ATM и IP. В    ЛС    существуют    физическая (MAC) и логическая (IP) адресации, не поддерживаемые в ГлС. Поэтому при использовании IP-телефонии это препятствие было преодолено разработкой сетевых шлюзов и "менеджеров шлюзов" ("привратников"), которые ими управляют, позволяя преобразовывать адреса ГлС в ЛС и обратно.

• Модель технологии должна иметь выход    на    физический    уровень ТфОП. Известно [7], что модели всех ГлС могут быть одноуровневыми или многоуровневыми, но в любом случае физический уровень модели должен быть совместим с физическим уровнем ТфОП (или иметь выход на него), который может быть электрическим или фотонным [3, 4].

Модели всех ЛС тоже имеют физический уровень (согласно модели OSI), но этот уровень (пусть даже очень сложный, как у 10GE [11]), функционально не совпадает с физическим уровнем ТфОП. Чтобы на него выйти, требуются глобальные технологии-переносчики, такие как PDH, SDH/SONET, WDM, позволяющие инкапсулировать пакеты ЛС в полезную нагрузку PDH, SDH или модулировать сигналом ЛС (например, сигналом IP) несущую WDM.

Литература

1. Руководство по технологиям объединенных сетей. 3-е изд. (Cisco Systems). – М.: Вильямс, 2002. – 1040 с.
2. Дж. Беллами. Цифровая телефония. 3-е изд. – М.: Эко-Трэндз, 2004. – 640 с.
3. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. 2-е изд., исправ. – М.: Радио и связь, 2003. – 468 с.
4. Uyless Black., Sharleen Waters. SONET & T1: Architectures for Digital Transport Networks. – Prentice Hall, 1997. – 332 p.
5. Невдяев Л.М. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. – М.: МЦНТИ, 2002. – 592 с.
6. Концепция развития связи Российской Федерации. – М.: Радио и связь, 1995. – 224 с.
7. SDH & WDM Network Planning. SDH Networking. ETL/H-99:0588 Rev. A. – Ericsson, 1999.
8. Гольдштейн Б.С. Системы коммутации. – СПб.: BHV, 2003. – 318 с.
9. Берлин А.Н. Коммутация в системах и сетях связи. – М.: Эко-Трендз, 2006. – 344 с.
10. Цифровые системы коммутации для ГТС / Под ред. В.Г. Карташевского и А.В. Рослякова. – М.: Эко-Трендз, 2008. – 352 с.
11. Слепов Н.Н. 10-гигабитный Ethernet: сегодня и завтра // Первая миля. – 2007. – № 1. – С. 10–18.
12. Волоконно-оптическая техника: Современное состояние и новые перспективы / Под ред. С.А. Дмитриева, Н.Н. Слепова. 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Техносфера, 2010. – 608 с.

Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #6, 2010
Посещений: 7683

Автор Николай Слепов Независимый эксперт Всего статей:  23

В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций