Hlavní navigace

Spojování okruhů, či paketů?

Vladimír Kapoun 11. 6. 2003

Pro integraci služeb sdělovacích sítí se nabízí dvě základní možnosti řešení této integrace: buď hlas po počítačové síti (VOIP), nebo datový provoz po telefonní síti (ATM). Vychází z rozdílného způsobu směrování zprávy v uzlech sdělovací sítě. Článek vysvětluje některé problémy a ukazuje možná řešení, vedoucí k integraci služeb.

Většina sdělovacích sítí obsahuje uzly, sloužící ke směrování zprávy, vyslané koncovým zařízením zdroje informací ke koncovému zařízení spotřebiče informací. Zdrojem a spotřebičem je převážně člověk, druh koncového zařízení souvisí s využitím některého z jeho pěti smyslů. Zatím jde hlavně o hlas, sluch a hmat. Na straně vysílací je to hlavně hlas a hmat, na straně přijímací sluch a zrak. S trochou nepřesnosti můžeme hovořit o hlasových a obrazových službách. Všimněme si u jednotlivých druhů těchto služeb hlavně požadavků na přenosovou rychlost a na dobu přenosu zprávy.

Hlasové služby jsou z hlediska maximální přenosové rychlosti limitovány možnostmi sluchového orgánu člověka. Proto nemá smysl přenášet pásmo nad 20 kHz. Pro hovor přenášený sdělovací sítí bylo stanoveno pásmo 300 – 3400 Hz. Po digitalizaci PCM je pro přenos hovoru používaná přenosová rychlost 64 kbit/s, i když informační tok (odpovídající rychlosti čtení) je jen několik desítek bit/s. Ten rozdíl platíme za to, že se chceme také kromě obsahu zprávy dozvědět např. i intonaci hlasu. Hi-Fi fajnšmekři potřebují na přenos kvalitní nahrávky necelý 1 Mbit/s. Příslušná přenosová rychlost by měla být přibližně konstantní po celou, vždy poměrně dlouhou dobu přenosu. Je jasné, že např. tento článek o rozsahu asi 130 kByte je možné přenést za krátkou dobu, ale ucho a náš mozek by informace nebyl schopen zpracovat.

Obrazové služby jsou u příjemce realizovány hlavně prostřednictvím obrazovky (pomineme dálnopis a faximile). Pro přenos pohyblivého obrazu je potřebná trvalá, přibližně konstantní přenosová rychlost. Pro méně kvalitní obraz se vystačí i s rychlostí hovorového kanálu, v případě vysoké kvality je potřebných několik desítek až stovek Mbit/s. U statických obrazů jde hlavně o dávkové přenosy, a to podle přání uživatele, který určitou dobu sleduje tento statický obraz a po této době požaduje další zobrazení. Přenosová rychlost je tedy značně proměnná. Po dobu přenosu je požadována co největší, mimo tuto dobu může být nulová.

Uvedené přenosové rychlosti jsou pouze orientační, bez uvažování různých metod umožňujících provozovat stejnou kvalitu služeb i někdy podstatně nižšími rychlostmi.

Pro způsob směrování zpráv v uzlech sítě je příznačný požadavek na to, zda zpráva vyžaduje trvalý, nepřerušovaný, nebo dávkový přenos. Důležité je také to, zda je potřebné komunikovat v reálném čase, či s možností odkladu. S tím souvisí i požadavky na obousměrnost přenosu (dialogové služby), či jednosměrnost (distribuční služby).

Okruhy a pakety

Ke směrování zprávy v uzlu sdělovací sítě slouží dva základní principy, a to spojování (komutace) okruhů a spojování (komutace) paketů (zpráv).

Historicky starší je komutace okruhů, jelikož první přenášené zprávy elektrickou cestou byly textové (telegraf) a hovorové (telefon). V obou případech jde o pomalé a dlouhotrvající přenosy. Signalizací je nejdříve vytvořen okruh (případně pouze kanál při jednosměrném přenosu), po němž pak komunikují koncová zařízení mezi sebou. Po skončení přenosu je okruh uvolněn. Tento okruh je plně časově k dispozici po celou dobu přenosu zprávy. To je mnohdy nevýhodné z hlediska využití přenosových médií a zařízení. Jestliže si představíme telefonní provoz, realizovaný čtyřdrátovým přenosem v komutované síti, je jeden směr přenosu (jeden kanál) vždy nevyužit (pokud si účastnící neskáčou do řeči). Dokonce i ve směru, ve kterém se hovoří, jsou v mezerách mezi slovy také značné časové rezervy. Z časového hlediska je u hovoru vyžadován přenos v reálném čase.

Historicky mladší je komutace paketů. Vznikla jako potřeba přenosu dat mezi jednotlivými počítači elektrickou cestou. Přenos má dávkový charakter, bez potřeby realizace v reálném čase, tj. zpoždění není až tak na závadu. Paketová komunikace je založena na střadačovém spojování, kdy se v přepojovacím uzlu každý paket zaznamená, přečte jeho záhlaví s adresou cíle, a případně se zařadí do fronty. Přenos jednotlivých paketů jedné zprávy může být v tomto případě obecně prováděn po různých cestách, a proto se pakety mohou dostat k adresátovi i v přeházeném pořadí, kde je nutné jejich seřazení ve stejném pořadí, v jakém byly vyslány.

Možná řešení

Integrace služeb je prospěšná hlavně tím, že především v přístupové síti umožní lépe využít přenosová média a prostředky, které by bez této integrace vyžadovaly samostatné sítě pro jednotlivé služby. V současné době jde hlavně o telefonní a počítačovou síť. V přepravních sítích, kde je provoz již sloučen z velkého počtu koncových zařízení, tato naléhavost taková není.

V rámci integrace služeb, založených na výše uvedených dvou základních způsobech komutace, dochází k situaci, kterou by bylo zjednodušeně možné označit jako souboj dvou koncepcí: buď hlas po počítačové síti, nebo datový provoz po telefonní síti. Konkrétními řešeními jsou v prvním případě VoIP (Voice over Internet Protocol) a ve druhém ATM (Asynchronous Transfer Mode).

V popředí většiny současných snah po integraci služeb je využití principu spojování paketů i pro přenos hlasu. Hlavním problémem je zpoždění při přenosu v případě značného zatížení sítě, které vadí zejména interaktivním službám. Pro hlasovou službu je zpoždění 300 milisekund považováno za horní hranici. Těžiště prací se proto věnuje kategorizacím služeb tak, aby bylo možné upřednostňovat při přenosu určité pakety. Že to je cesta nelehká a mnohosměrná, dosvědčuje protokolová džungle v této oblasti. V ní se vyřádí mnoho institucí a výsledek nemusí být adekvátní vynaloženému úsilí. Nebezpečím je také snadnější zranitelnost a případný kolaps celé sítě.

Asynchronní transportní mód ATM je založen na spojování okruhů. Tato již dávno navrhnutá technologie je v současné době v pozadí zájmu, i když má vyřešen problém kvality ve smyslu garance přenosové rychlosti a zpoždění. Jako důvod nezájmu se uvádí vysoké náklady (všechny současné ústředny by musely být vyměněny) a problémy s všesměrovým šířením u distribučních služeb. Možné je i to, že počítačová lobby je silnější. ATM však již původně byla navržena pro integraci služeb, které je nutné realizovat v reálném čase, mají určitou nadbytečnost a připouští větší chybovost (hlasová služba) se sítěmi datovými, u kterých je možný odklad přenosu, nadbytečnost však není žádná a přenos musí být bez chyb.

Čas ukáže, která cesta bude nakonec použita. Zda zmizí současné telefonní ústředny, nebo zda se objeví ústředny ATM.

Našli jste v článku chybu?

16. 6. 2003 14:49

Michal Krsek (neregistrovaný)
Musite si umet vybrat :-) Rodina TCP/IP oslavila nedavno 20 let ...

Podle meho nazoru ATM proste nenabizi tolik, kolik ty krabice stoji - a zcela evidentne ke stejnemu zaveru evidentne dosla velka cast sveta :-) Mala perlicka - IETF pracuje na AToM (ATM over MPLS - ci Anything over MPLS), takze se brzy dockame toho, ze ATM pobezi pres normalni ethernetove linky :-)

16. 6. 2003 11:39

kapoun (neregistrovaný)
Hlavní příčinou mého odstupu od počítačových sítí plyne asi z toho, že mně děsí ta jejich protokolová - říkám tomu džungle. Vývoj zde je vícekolejný, výrobců mnoho, spolupráce zařízení je nutná, proklamované vlastnosti této spolupráce při jejich zprovozňování pokulhávají. ATM byl podle mého jednoduchý, jednotný, univerzální způsob řešení integrace služeb.
Jinak díky za pěkné popovídání.
Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Měšec.cz: Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

DigiZone.cz: Milan Kruml: procházka TV historií

Milan Kruml: procházka TV historií

Vitalia.cz: Z tohoto konopí dělají léčivé masti

Z tohoto konopí dělají léčivé masti

Měšec.cz: U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

120na80.cz: Pánové, pečujte o svoje přirození a prostatu

Pánové, pečujte o svoje přirození a prostatu

Vitalia.cz: Pravda o přibírání na zimu

Pravda o přibírání na zimu

Vitalia.cz: Dáte si jahody s plísní?

Dáte si jahody s plísní?

Měšec.cz: Golfové pojištění: kde si jej můžete sjednat?

Golfové pojištění: kde si jej můžete sjednat?

Podnikatel.cz: Zavře krám u #EET Malá pokladna a Teeta?

Zavře krám u #EET Malá pokladna a Teeta?

Podnikatel.cz: K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

Podnikatel.cz: Dárky v podnikání. Jak je uplatnit v daních?

Dárky v podnikání. Jak je uplatnit v daních?

Root.cz: Vypadl Google a rozbilo se toho hodně

Vypadl Google a rozbilo se toho hodně

DigiZone.cz: Rádio Šlágr má licenci pro digi vysílání

Rádio Šlágr má licenci pro digi vysílání

Root.cz: 250 Mbit/s po telefonní lince, když máte štěstí

250 Mbit/s po telefonní lince, když máte štěstí

DigiZone.cz: Flix TV má set-top box s HEVC

Flix TV má set-top box s HEVC

Podnikatel.cz: Udávání kvůli EET začalo

Udávání kvůli EET začalo

DigiZone.cz: Digi CZ výrazně zlevnila balíček HBO

Digi CZ výrazně zlevnila balíček HBO

DigiZone.cz: ČT má dalšího zástupce v EBU

ČT má dalšího zástupce v EBU

Root.cz: Telegram spustil anonymní blog Telegraph

Telegram spustil anonymní blog Telegraph