Магистраль магистрали рознь

В нее вошли схемы организации доступа пользователей к Сети и ее информационным ресурсам, модели соединения отдельных сетей и организации между ними обмена трафиком (с помощью коммутаторов, шлюзов и маршрутизаторов), единая система адресации и основной протокол обмена информацией, получивший название TCP/IP.

Основные положения этой концепции общеизвестны, однако не все знают, как организовано в Internet многоуровневое взаимодействие и к каким магистралям предоставляет доступ конкретный поставщик услуг. А ведь от используемой магистрали зависит скорость получения информации и, в конечном счете, суммы, которую пользователи выплачивают за доступ к Сети.

Архитектура Internet

Сегодня транснациональные поставщики услуг высшего уровня (Tier-1) применяют для объединения сетей и обмена трафиком высокоскоростные коммутаторы ATM и frame relay. Провайдеры одного уровня организуют обмен трафиком без дополнительных затрат на каналы связи между своими сетями — с помощью так называемого «пиринга» (peering). Для этих целей в США имеются две центральные зоны обмена трафиком (Metropolitan Area Exchange, MAE), используемые провайдерами Tier-1: на востоке страны (Нью-Йорк) и на западе (Сан-Франциско). Фактически, эти MAE и образуют глобальную магистраль Internet (рис. 1). Точки входа в МАЕ называются «точками сетевого доступа» (Network Access Point, NAP); каждый из участников обмена имеет в NAP собственные точки присутствия (Point of Presence, PoP).

Транснациональные поставщики услуг Internet владеют внутренними высокоскоростными магистралями, к которым подключены сети провайдеров национального уровня (Tier-2). Последние включают в себя сети региональных поставщиков услуг (Tier-3), также имеющие внутренние уровни «вложений». В итоге обеспечивается подключение каждого пользователя (отдельного компьютера или рабочей станции локальной сети) к местному провайдеру путем установления постоянного или сеансового соединения.

Для подключения к сетям провайдеров Tier-1 сетей более низкого уровня, а также информационных источников (хостов) используются высокоскоростные каналы различной пропускной способности: ОС48 (2488 Мбит/с), OC12 (622 Мбит/с), OC3/STM1 (155 Мбит/с), T3/DS3 (45 Мбит/с), DS2 (6 Мбит/с), T1/E1/DS1 (1,54 или 2 Мбит/с). Канальная инфраструктура двух провайдеров Tier-1 показана на рис. 2.

Возможности Internet-провайдеров Tier-1, связанные с предоставлением услуг, являются предметом постоянного анализа. Заметим, что из 15 основных критериев выбора поставщика услуг (рис. 3) для пользователей важнейшим является не стоимость сервиса, а надежность связи. По данным компании TeleChoice, первая пятерка провайдеров Tier-1 выглядит так: UUNET, AT&T, MCI, GTE/BBN и Sprint. Результаты анализа услуг, предоставляемых этими фирмами, приведены на рис. 4—6.

В отношении архитектуры Internet главной задачей является организация эффективного управления информационными потоками крупной системы, которая имеет тенденцию к расширению и наращиванию элементов, причем управление должно быть принципиально децентрализованным. Структуризация Сети основана на выделении магистральных сетей (core backbone network) уровня Tier-1 и присоединенных к ним сетей с более низкой пропускной способностью, рассматриваемых как автономные системы (AS, autonomous systems).

Каждая из магистральных сетей AS имеет собственное управление и использует свои протоколы маршрутизации. В терминологии Internet маршрутизаторы именуют шлюзами. Те шлюзы, которые служат для образования подсетей внутри AS, называются внутренними (interior gateways), а те, с помощью которых AS подсоединяются к магистрали, — внешними (exterior gateways). Непосредственно друг с другом AS не соединены — их связь организуется только через магистраль. Поэтому и протоколы маршрутизации, применяемые внутри AS, называют протоколами внутренних шлюзов (interior gateway protocol, IGP), а протоколы, определяющие обмен маршрутной информацией между внешними шлюзами и шлюзами магистральной сети, — протоколами внешних шлюзов (exterior gateway protocol, EGP).

Детальная (мелкомасштабная) топологическая информация остается внутри AS. Ее внутренние шлюзы могут использовать для внутренней маршрутизации достаточно подробные графы связей, что позволяет им выбирать наиболее рациональные маршруты. С остальной частью Internet автономные системы (как единое целое) связываются только через внешние шлюзы, которые сообщают этой «остальной части» минимально необходимые сведения об AS — число IP-сетей, их адреса, расстояния от них до данного внешнего шлюза.

Протокол граничных шлюзов (Border Gateway Protocol, BGP) был создан на основе протокола EGP. Он призван обеспечить маршрутизацию между AS и решить одну из острейших проблем Internet — обнаружения маршрутных петель. Шлюз, базирующийся на BGP, поддерживает между AS обмен информацией о досягаемости определенных сетей или хостов в условиях динамически меняющегося состояния соседних шлюзов. Такая информация должна включать в себя набор маршрутов к конкретной сети, т. е. указания на все промежуточные AS. Это позволяет построить граф соединений между двумя конкретными AS и проконтролировать возможные маршрутные петли. Соответственно, BGP-шлюз может выбрать оптимальный маршрут и передать информацию о нем своим соседям.

И вширь, и вглубь

Описанная модель, а также отсутствие государственного регулирования со стороны Комиссии по электросвязи США и развитие рынка персональных компьютеров обеспечили безграничный рост Сети. По данным аналитической фирмы Strategis Group, в конце 1999 г. число взрослых пользователей Internet в Соединенных Штатах превысило 100-миллионную отметку, тогда как в середине 1998 г. их насчитывалось около 65 млн. Другая аналитическая компания, International Data Corporation (IDC), прогнозирует, что к концу 2003 г. в США будет уже 177 млн пользователей Internet. В мире, свидетельствует IDC, в 1998 г. было свыше 142 млн «сетян», а к 2003 г. их число достигнет 502 млн.

По данным РОЦИТ, Россия к концу 1998 г. могла «похвастаться» примерно 1 млн пользователей Internet, а к началу 2000 г. — уже 2 млн. В мае 2000 г., на проходивших в Думе открытых слушаниях по проблемам Российского Internet, отдельные аналитики утверждали, что за три ближайших года последняя цифра возрастет примерно до 20 млн (т.е. в 10 раз).

Если даже число пользователей растет по квадратичной зависимости, то количество документов, размещаемых в Сети, — явно экспоненциально. По оценке компании NUA Internet Surveys, на ноябрь 1998 г. в Internet было накоплено свыше 100 млн документов, а к 2000 г. их оказалось уже 800 млн.

Помимо количественных наблюдаются и качественные изменения, связанные с этими документами. Информационные ресурсы стали преимущественно мультимедийными, Web-страницы строятся на базе высококачественной графики и используют «трансляцию» онлайновых изображений. Кроме того, Internet из глобальной почтовой и информационно-поисковой системы все активнее превращается в инструмент современного бизнеса. Развитие же бизнес-приложений на базе Internet помимо мультимедийности часто требует обеспечения режима реального времени.

Все перечисленное неизбежно приводит к существенному увеличению трафика Всемирной сети, что вызывает существенные перегрузки в ее наземной инфраструктуре.

Три составные части Internet

Архитекторы Сети, прежде всего — ведущие американские Internet-компании, чрезвычайно озабочены ее возможными информационными перегрузками. Обычно выделяют три составные части инфраструктуры Internet:

• «первую милю», т.е. размещение источников информации;
• «последнюю милю» — размещение пользователя в структуре Сети;
• «вторую милю», или «Big Internet», — систему доставки информации через Internet от источника к пользователю.

Для обеспечения высокоскоростного доступа при организации «первой мили» нужно учитывать, что информационным источником должен служить высокопроизводительный сервер, расположенный на магистрали провайдера Tier-1. Технически это реализуется с помощью широко распространенных услуг Web-хостинга.

Организация «последней мили» во многом зависит от технического уровня потребительского (массового) рынка телекоммуникационных услуг, т.е. от его возможности предоставлять индивидуальные широкополосные каналы. В промышленно развитых странах это цифровые сети ISDN (64 или 128 кбит/с) или сети хDSL. В России и других странах СНГ преобладают низкоскоростные аналоговые телефонные сети связи, обеспечивающие скорости от 9,6 до 56 кбит/с (последнюю — только в крупных городах).

Поэтому организация «последней мили» на базе технологий спутникового информационного доступа в Internet (ИДИ) представляется для нашей страны самым перспективным решением. В технологиях ИДИ используется комбинированная схема, в которой учитывается асимметричный характер Internet-трафика. Запросы к источникам (pull) передаются по традиционным наземным каналам через местных провайдеров, а ответная информация (push) поступает к пользователю на его индивидуальный спутниковый терминал, состоящий из ПК, спутникового приемника (обычно в стандарте DVB) и спутниковой антенны.

Технологии ИДИ позволяют предоставлять пользователям индивидуальные широкополосные приемные каналы от 400 до 1500 кбит/с без реинжениринга существующих публичных сетей связи. Более того — не нужны крупные (и рискованные!) централизованные инвестиции с целью замены или обновления этих сетей.

Сегодня на коммерческом уровне в России доступны такие технологии, как DirecPC, Europe Online (EOL), Sirius и SpeedCast. Подробное описание технологий ИДИ можно найти в статье автора этих строк, опубликованной в «Сетях» (1999, № 12). Применение ИДИ снимает проблему «последней мили», которая принципиально перестает быть «узким местом» доступа к мультимедийным возможностям Internet.

Как ни удивительно, именно «вторая миля» является основным фактором перегрузки Internet-каналов. Объяснение этому найти нетрудно. Ранее уже отмечалось, что иерархическая топология Internet допускает значительную «глубину вложенности» сетей, а следовательно, при обмене информацией происходят существенные потери скорости. Что касается российской части Internet (часто называемой Рунет), огромная территория нашей страны (7 075 200 кв. км) и низкая плотность населения (8 человек на кв. км) требуют гигантских затрат на развитие наземных магистральных сетей, которые пока нереальны.

Принципиальное преодоление недостатков инфраструктуры Сети может быть основано только на использовании огромного потенциала систем спутникового Internet (СИ). Системы канального доступа в Internet (КДИ) позволяют «обойти» многоуровневую структуру Big Internet и непосредственно соединить сеть местного поставщика услуг с магистралью провайдера Tier-1.

Конкретные решения проблемы «второй мили» средствами СИ предлагают многие спутниковые операторы и поставщики услуг. В России сегодня доступны услуги систем Loral CyberStar (спутник Orion-2), NetSat Express (также Orion-2), Lockheed Martin (КА LMI), Intersputnik (КА «Экспресс-3», «Экспресс-6»), Thaicom Protrunk (спутники Thaicom-3).

Не останавливаясь подробно на возможностях каждой из этих систем, отметим некоторые их особенности, весьма важные с точки зрения наращивания канальных ресурсов и решения проблемы «второй мили»

Стандарт вещания и режим модуляции

Традиционный способ передачи информации, принятый в системах КДИ, — один канал на несущую (SCPC). Внедрение телевизионного стандарта вещания DVB привлекло внимание спутниковых провайдеров, и сегодня в современных КДИ вещание со спутника (линия «вниз») осуществляется именно в этом стандарте, а на линии «вверх» (в дуплексных КДИ) по-прежнему используется SCPC-передача. Практически все современные КДИ применяют для обработки сигнала либо квадратурную QPSK-, либо двухпозиционную BPSK-модуляцию, что значительно увеличивает пропускную способность системы (по сравнению с использованием обычной схемы модуляции).

Сетевые конфигурации

Для современных КДИ-систем характерны четыре сетевые конфигурации, основанные на двух схемах организации связи — «только через спутник» и комбинированной, в которой используются спутниковые и наземные каналы.

Если в сети, построенной на основе только спутниковых каналов, есть лишь одна земная станция, эту сеть обычно называют SinglLink, если несколько — MultiLink. В системе, организованной на базе спутниковых и наземных каналов, все наземные терминалы работают исключительно на прием (Receive Only, RO), а доступ в Internet организуется через спутниковые каналы и наземные IP-сети. По спутниковым каналам (push-каналы) обычно передается основной поток информации, а по наземным (pull-каналы) — только запрос. Система, использующая одну наземную станцию, называется HibridLink, несколько — Hibrid MultiLink.

Все указанные конфигурации обеспечивают формирование асимметричного трафика и, в целом, большую пропускную способность системы, чем при работе через симметричные наземные каналы (при одинаковых значениях пропускной способности линий связи).

Режимы канального доступа.

Обычно для систем КДИ арендуются спутниковые каналы емкостью от 64 кбит/c до 58 Мбит/c. А поскольку глобальная структура КДИ практически всегда обеспечивает прямой доступ к магистралям Tier-1, арендуемые канальные емкости быстро загружаются полностью. Каждый клиент КДИ получает возможность арендовать канал с гарантированной информационной скоростью (CIR), которая «гарантируется» безо всякого лукавства.

У систем КДИ существует и другой режим предоставления каналов — Bursting: по фиксированному тарифу клиент арендует канал с переменной информационной емкостью (64—512 кбит/с), ширину которого при необходимости можно увеличить. Применение такого режима позволяет балансировать загрузку каналов глобальной КДИ-системы в различных часовых поясах.

ОБ АВТОРЕ