[ Назад ] [ Содержание ] [ Вперед ]

История возникновения

Исторически сложилось, что современные транспортные сети связи характеризуются очень узкой специализацией. Для каждого вида связи существует, по меньшей мере одна сеть, которая транспортирует информацию этой службы. Из-за такой узкой специализации имеется большое количество выделенных сетей, каждая из которых требует собственного этапа разработки, производства и технического обслуживания. При этом свободные ресурсы одной сети не могут использоваться другой сетью. Такие сети лишены гибкости, так как практически не адаптируются к изменениям требований к скорости передачи, объёмам информации, времени доставки и количеству ошибок.

Первые сети с использованием цифровых технологий передачи данных появились в 60-х годах и были связаны с системами цифровой телефонии. Эти системы использовали принцип импульсно-кодовой модуляции и методы мультиплексирования для передачи нескольких голосовых каналов единым потоком данных по кабелю. В США был стандартизирован канал DS1 или T1, который со скоростью 1,536кбит/с передавал 24 голосовых канала, а в Европе за стандарт был принят канал Е1, который имел скорость 2,048кбит/с и позволял передавать 30 голосовых каналов. Эти каналы были приняты за первичные уровни мультиплексирования в системах цифровой телефонии.

В начале 70-х годов, вследствие стремительного развития микропроцессорной техники, стали появляться компьютерные сети. Сетевые технологии, применяемые и сегодня для объединения компьютеров в локальные сети, были разработаны ещё в те времена для ЭВМ общего назначения или мэйнфреймов.

Сетевые цифровые технологии развивались до недавнего времени параллельно для глобальных и локальных сетей. Технологии глобальных сетей были направлены в основном на развитие цифровых телефонных сетей, используемых для передачи голоса. Технологии локальных сетей – напротив, использовались в основном для передачи данных. Развитие цифровых телефонных сетей шло по линии уплотнения каналов или за счёт мультиплексирования первичных каналов Т1/Е1, так и за счёт использования более рациональных методов модуляции. Мультиплексирование первичных каналов привело к появлению ещё трёх стандартизированных каналов Т2 /Е2, Т3 /Е3, Т4 /Е4 с разными скоростями передачи данных. Эти группы каналов получили название плезиохронной (т.е. почти синхронной) цифровой иерархии – PDH, которая до сих пор широко используется в сетях цифровой телефонии и для передачи данных. Дальнейшее развитие технологий высокоскоростных телекоммуникаций привело к появлению двух новых технологий – синхронной оптической сети – SONET и синхронной цифровой иерархии – SDH, часто рассматриваемых как единая технология SONET/SDH. Эти технологии были ориентированы на использование волоконно-оптических кабелей в качестве среды передачи.

Технологии локальных сетей, ориентированных на передачу данных, а не голоса, развивались не по линии уплотнения каналов, а по линии увеличения полосы пропускания, необходимой для передачи сначала текстовой, потом графической, а сейчас и мультимедиа – информации. В результате скорость передачи данных в локальных сетях возросла с 2 мбит/с. до 100-1000 мбит/с. Однако, вследствие изначальной ориентации этой технологии на локальную передачу данных, она имеет ряд неустранимых недостатков для передачи трафика мультимедиа, который требует постоянной временной задержки, и для создания крупных сетей передачи данных, вследствие заложенных в технологию ограничений на расстояния. Для устранения этих недостатков был разработан целый ряд устройств - маршрутизаторов, коммутаторов, маршрутизирующих коммутаторов и даже коммутаторов с интеграцией служб, позволяющих назначить приоритезацию трафика, а значит и более-менее обеспечить постоянную временную задержку для данных мультимедиа. Однако эти устройства не решили все имеющиеся проблемы и оказались эффективны, опять же, в локальных сетях, либо для их объединения.

Параллельно с развитием технологий локальных сетей появились новые технологии, призванные обеспечить создание компьютерных сетей масштаба предприятия, корпоративных, региональных и глобальных сетей передачи данных, связывающих множество локальных сетей. Первой такой технологией была Х.25, которая сегодня постепенно отмирает. Существует также технология Frame Relay – ретрансляция кадров, которая позволяет передавать данные со скоростью до 45 мбит/с.(канал Т3). На этом этапе возникла технология цифровой сети интегрального обслуживания – ISDN, которая не ориентирована на тип передаваемых данных и позволяет осуществлять приоритезацию трафика. Однако из-за низких скоростей передачи, реализуемых в ISDN (64кбит/с.-2мбит/с.) очень быстро возникла идея новой технологии B-ISDN (широкополосной ISDN). В процессе развития B-ISDN родилась новая технология АТМ (режим асинхронной передачи), которая принципиально может применяться на различных скоростях передачи (от 1,5мбит/с. до 40 гбит/с.) В качестве транспортной сети АТМ может использовать существующие каналы SDH и PDH. АТМ изначально разрабатывалась как универсальная технология, не зависящая от типа передаваемого трафика, её могут использовать все существующие службы и службы, которые могут появиться в будущем, так как АТМ определяет протоколы на уровнях выше физического. Это даёт возможность постоянного совершенствования алгоритмов кодирования и сжатия информации. Все имеющиеся ресурсы сети могут быть использованы всеми службами, что даёт возможность их оптимального распределения, и обеспечивает высокую эффективность использования сетевых ресурсов. Так как все виды информации транспортируются одним методом, то это даёт возможность проектирования, создания, управления и обслуживания одной сети, что сокращает затраты и делает её наиболее экономичной сетью электросвязи в мире на сегодняшний день.

Преимущества технологии АТМ определили решение Сектора Стандартизации Международного Союза Электросвязи (МСЭ) в выборе АТМ в качестве стандарта режима транспортирования информации в широкополосных цифровых сетях интегрального обслуживания.

Для того чтобы лучше понять сущность асинхронного режима переноса следует рассмотреть другие методы переноса информации, используемые в сетях связи. Согласно стандарту МСЭ режим переноса определяет способ, используемый для транспортирования информации, и описывает методы передачи, мультиплексирования и коммутации. Основные режимы переноса информации, используемые в сетях связи следующие: коммутация каналов, многоскоростная коммутация каналов, быстрая коммутация каналов, быстрая коммутация пакетов, коммутация пакетов или кадров.

Коммутация каналов, как один из методов передачи, до настоящего времени используется в аналоговых сетях телефонной связи и в узкополосных цифровых сетях. Режим коммутации каналов в цифровых сетях базируется на принципе временного разделения канала для транспортировки данных. Этот метод также называют синхронным режимом переноса. Суть его заключается в том, что определенные порции информации передаются с фиксированным временным интервалом. Несколько соединений мультиплексируются в одном тракте путем объединения временных интервалов в кадры, которые также повторяются с определенной частотой. Данный метод полностью лишен гибкости, так как продолжительность временного интервала однозначно определяет скорость передачи. Если выбрать временной интервал таким, чтобы он обеспечивал максимальную скорость передачи требуемую одной из служб, то другая служба, требующая намного меньшей скорости, все равно займет весь канал на все время передачи, что сильно снижает эффективность использования сетевых ресурсов.

Для устранения недостатков предыдущего метода был разработан его вариант с наличием нескольких каналов с различными временными интервалами и, следовательно, скоростями передачи, названный многоскоростной коммутацией каналов. Однако недостатком этого метода по прежнему осталась низкая эффективность, так как при занятости низкоскоростного канала ни одно низкоскоростное соединение не может быть установлено, даже если более высокоскоростные каналы свободны.

Другой метод, называемый быстрой коммутацией каналов, основан на тех же методах временного разделения, но соединение устанавливается только тогда когда требуется передача данных. Для пояснения этого метода можно привести пример установления соединения для телефонного разговора: при коммутации и многоскоростной коммутации каналов будет установлено одно соединение на всю длительность разговора, а при быстрой коммутации будет установлено множество последовательных соединений, необходимых для передачи конкретного фрагмента речи. Такой метод не сильно повышает эффективность использования ресурсов и уже не гарантирует постоянной скорости передачи.

Для передачи данных между компьютерными сетями, а с появлением коммутаторов и внутри локальных сетей, используется методы коммутации пакетов и кадров. И кадр, и пакет могут иметь разную длину. Для обозначения начала и конца кадра используется специальная комбинация символов, называемая флагом, но так как такая последовательность может встретиться и в поле информации, то коммутатор вынужден не только просматривать весь поток битов в поисках флага, но и осуществлять операцию кодирования поля данных для предотвращения появления в ней комбинации флага и обратные преобразования. Вследствие этого коммутация кадров (протокол X.25) является самым сложным методом переноса информации на сегодняшний день, который не может обеспечить высокие скорости передачи и тем более постоянную скорость передачи. Упрощенным вариантом X.25, является протокол Frame Relay - ретрансляция кадров, который позволяет достичь более высоких скоростей за счет снятия с него некоторых функций контроля ошибок передачи. При передаче и пакетов и кадров информация разных пользователей или служб передается по одному каналу, а коммутаторы выполняют функции мультиплексирования данных и создания и хранения очередей пакетов/кадров при перегрузке канала. Подобные системы могут обеспечить высокие скорости передачи, но не могут гарантировать постоянности скорости.

В качестве компромисса между простотой системы коммутации и экономным расходованием сетевых ресурсов был разработан метод быстрой коммутации пакетов, в последствии названный режимом асинхронного переноса. Концепцией этого метода является быстрая коммутация пакетов с минимальным количеством функций выполняемых узлами коммутации с целью временной прозрачности сети (т.е. постоянности скорости передачи). Для достижения этой цели применен также специальный метод мультиплексирования, при котором информация всех типов разбивается на пакеты малой фиксированной длины (53 байта, из них – 5 байт заголовок), названные ячейками и асинхронно мультиплексируется в едином цифровом тракте. При этом ячейки, в зависимости от принадлежности к типу службы, могут иметь разный приоритет. Ячейки с данными служб, зависящих от времени, имеют высший приоритет и передаются в первую очередь, обеспечивая тем самым постоянное время доставки, а между ними вставляются ячейки с данными не критичными ко времени доставки. Так как размер ячейки имеет малую длину, по одному тракту, одновременно может передаваться несколько потоков данных служб критичных ко времени доставки – их ячейки будут вставляться друг за другом, обеспечивая каждому потоку необходимую скорость.

Однако следует отметить что положительные стороны технологии АТМ в некоторой степени препятствуют её продвижению, прежде всего это относится к аспектам адоптации имеющегося оконечного оборудования к режиму АТМ.

[ Назад ] [ Содержание ] [ Вперед ]