В будущее с IPC

Евгений Рудометов

www.rudometov.com

Благодаря быстрому развитию компьютерных технологий и увеличению числа широкополосных сетей традиционные аналоговые телефоны постепенно уступают пальму первенства IP-телефонии  

Уже трудно представить себе жизнь без компьютеров. Сегодня эти полезные устройства практически везде. Представленные большими и маленькими устройствами, выпущенные сотнями миллионов штук они помогают в нашей нелегкой жизни, обрабатывая колоссальные потоки информации. Но так было, конечно, не всегда.

Появившиеся в середине сороковых годов, электронные компьютеры в процессе своей эволюции сравнительно быстро прошли путь от больших вычислительных монстров к компактным персональным настольным и мобильным устройствам (Рис. 1).

Рис. 1. От ENIAC к современному настольному компьютеру  

Благодаря совершенствованию технологий и архитектур их вычислительная мощь стремительно увеличивалась, часто обгоняя прогнозы известного эмпирического закона Мура, предсказывающего регулярное удвоение числа элементов на полупроводниковых кристаллах микросхем. Конечно, параллельно со сложностью микросхем и их быстродействием росла и функциональность персональных компьютеров (ПК). Это обеспечило расширение потребительских свойств и реализацию многих ранее недоступных возможностей.

Сети

Однако, несмотря на все это, существовали задачи, неподвластные одиночным ПК. Это потребовало объединения компьютеров в сети разного уровня сложности. Появление сетей обеспечило не только расширение спектра решаемых задач, но и более оптимальную эксплуатацию оборудования за счет коммунального использования доступных аппаратно-программных ресурсов.

Существуют разные конфигурации сетей, отличающиеся как топологией, так и техническими параметрами. Однако все решения объединяет то, что для информационного соединения компьютеров используются линии связи. Они обеспечивают скоростную передачу цифровых данных между устройствами. При этом информация может передаваться либо беспроводным способом, либо с помощью кабелей.

Несмотря на перспективность и удобство беспроводной передачи информации, большинство сетей в настоящее время строится с помощью проводных линий связи. Это касается и локальных сетей со сравнительно небольшим числом  компьютеров – единицы, десятки или сотни устройств, и глобальных, где количество  компьютеров, нередко исчисляется уже миллионами. И конечно, для скоростной передачи больших потоков информации требуются и соответствующие линии передачи данных.

До недавних пор компьютеры соединялись в сети исключительно с помощью кабелей, созданных на основе металлических проводников: коаксиальных и/или витых пар. При всех достоинствах этих вариантов необходимо отметить, что они уже далеко не всегда соответствуют быстро возрастающим требованиям. Прежде всего, это касается полосы пропускания — параметра, характеризующего способность передачи больших объемов информации: больше полоса — меньше время передачи файлов. Необходимость роста полосы пропускания линий связи диктуется стремительным ростом производительности компьютеров, обрабатывающих все большие объемы информации за меньшее время.

К свету

Увы, для традиционных металлических проводников возможность увеличения полосы пропускания ограничивают физические законы. Действительно, с попытками увеличить  данный параметр возрастают проблемы, связанные с влиянием емкостных и индуктивных свойств линий, которые искажают форму передаваемых цифровых сигналов. Кроме того, нельзя сбрасывать со счета и неизбежные потери в линиях. Часть из них связана с  активной составляющей, а часть - с  излучением. В дополнение ко всем проблемам постоянно растут и цены на используемые в кабелях цветные металлы.

Многих из указанных недостатков лишены волоконно-оптические линии, представляющие собой, по сути, диэлектрические волноводы, созданные на основе тонких (примерно 100 мкм) нитей кварцевого стекла — аморфной модификация оксида кремния (Рис. 2).

Рис. 2. Кварцевая нить в защитной пластиковой оболочке  

Передача информации осуществляется с помощью световых сигналов микроволнового диапазона волн: обычно используется инфракрасный диапазон с длиной волн от 0,8 до 1,6 мкм, что соответствует частотам более 100 000 000 000 000 Гц.

Волоконная оптика сегодня получила широкое развитие и применяется в различных областях науки и техники. Производство оптического волокна оценивается уже в миллионах километров. Темпы роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают многие другие отрасли техники и достигают 40% в год.

Оптические кабели создаются на основе кварцевого стекла, легированного специальными добавками, в качестве которых обычно применяются редкоземельные элементы и их соединения. Такие кабели обладают многими достоинствами. К важнейшим из них относятся:

·        широкополосность, что означает возможность передачи больших потоков информации; малые потери и, соответственно, большие длины участков без использования дополнительных усилителей;

·        малые значения диаметра кабелей и их массы (1 км световолокна без защитной оболочки имеет вес менее 40 г);  

·        защищенность от внешних воздействий и переходных помех (оптические кабели можно прокладывать вблизи с линиями электропитания и высокочастотных устройств);

·        высокая скрытность передачи информации;

·        гальваническая развязка элементов сети (отсутствие электрического контакта);

·        отсутствие искрения и короткого замыкания в кабелях.

Перечисленные достоинства стали следствием замены электрического тока в металлических проводах, используемых для передачи информации, на свет в специальных кабелях (Рис. 3). Остается добавить, современные технологии обеспечивают получение стекловолокна очень высокой прозрачности: в рабочем диапазоне потери могут быть менее 0,1 дБ на км.

Рис. 3. Пример волоконно-оптического кабеля  

Чтобы оценить революционность данного перехода, достаточно вспомнить, что свет представляет собой электромагнитные колебания очень высокой  частоты, кстати, много большей, чем в случае привычного радио. Это обстоятельство обеспечивает очень высокую информационную емкость оптических каналов, недоступную другим средствам, включая радиоволны и даже традиционные проводные линии, включая самые лучшие типы «витых пар». И действительно, показатели пропускной способности оптических каналов уже сегодня на порядки выше, чем у информационных линий, построенных на основе медных кабелей.

А еще оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи. Здесь и скрытность, вытекающая из практической невозможности перехвата в оптических каналах пересылаемой информации, и их помехозащищенность, исключающая искажение передаваемых сигналов.

Сегодня оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с крайне незначительными потерями, к слову сказать, много меньшими, чем в случае традиционных проводных решений.

Однако, несмотря на то, что эта технология остается пока сравнительно недешевой, цены на оптические компоненты быстро снижаются, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуют все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления. С учетом же полос пропускания оптические кабели уже сегодня вполне конкурентоспособны, хотя и требуют определенной  модификации сетевой инфраструктуры.

Методы передачи информации

Сегодня сети нередко объединяют большое количество компьютеров, удаленных друг от друга на большие расстояния. Это приводит к прокладки сравнительно длинных линий связи, что сказывается на стоимости организации и эксплуатации сети. Одним из методов снижения общих расходов является использование методов уплотнения информации, что позволяет не только уменьшить количество линий передачи, но и увеличить пропускную способность.

В оптических системах передачи применяются те же методы образования многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическому кабелю. К ним относятся хорошо отработанные методы частотного и временного разделения каналов. Во всех случаях оптической передачи информации обеспечивается модуляция оптической несущей. И уже в промодулированном виде световой сигнал передается по оптическому каналу, обеспечивая передачу огромных потоков информации.

Сознавая перспективность оптических технологий, многие компании ведут интенсивные исследования, связанные с их развитием. Реализацией полученных результатов становятся  соответствующая продукция.

Компоненты

В качестве примера можно привести оптические средства передачи данных компании Cisco, являющейся признанным мировым лидером в области сетевых технологий. В добавление традиционных компонентам, к которым относятся волоконно-оптические кабели, лазерные светодиодные (излучающие) и фотодиодные (принимающие) преобразователи, компания Cisco представила на рынок очередные изделия, относящиеся к построению DWDM-сетей. Здесь необходимо напомнить, что DWDM означает Dense Wavelength Division Multiplexing — спектральное уплотнение каналов. Технология основана на использовании световых волн различной длины (Рис. 4).

Рис. 4. Обработка информации и передача данных с помощью модуля DWDM

Она обеспечивает мультиплексирование и передачу данных по оптическому каналу нескольких сигналов от разных источников. При этом каждый сигнал передается на своей длине волны, в результате чего по одному оптоволокну может передаваться более 1000 каналов информации. Остается добавить, что в кабелях может использоваться более десятка стандартных жил оптоволокна (Рис. 2 и Рис. 3).

Теоретически, использование таких передовых технологий, как DWDM, может дать достаточную пропускную способность, с помощью которой легко было бы передать все телефонные разговоры планеты всего по одному оптоволокну (по одной жиле оптоволокна, Рис. 2).

В основу новых решений DWDM-сетей положена мультисервисная транспортная платформа Cisco ONS 15454 MSTP.

Эта платформа использует новейшие оптические усилители, мультиплексоры и перенастраиваемые транспондеры (transponder от transmitter-responder — передатчик-ответчик).

Аппаратная функциональность DWDM-платформы Cisco ONS 15454 MSTP включает транспондерные карты,  макспондеры (позволяют организовать одновременную передачу 4 потоков STM-16 на одной длине волны), усовершенствованные усилители,  гибкие оптические мультиплексоры ввода/вывода (Рис. 5).

Рис. 5. DWDM-платформа Cisco ONS 15454 MSTP и набор карт

Не перечисляя все остальные компоненты, необходимо отметить, что Cisco предлагает полностью законченные решения, позволяющие создавать многоцелевые сети.

Домашний видеотелефон

Одними из важнейших применений широкополосных многокомпьютерных сетей, включая глобальную сеть Internet, являются обработка и передача информации, все большую долю которой составляют мультимедийные файлы. Эти файлы несут видео и аудиоинформацию пользователей компьютеров. Как правило, время передачи их не является критичным, хотя, конечно, рост пропускной способности линий увеличивает уровень комфорта.

Однако увеличение полосы пропускания обеспечивает и новые функциональные возможности. Это как в философии: «переход количества в качество». Высокая пропускная способность позволяет не только сократить время передачи объемных мультимедийных файлов, она еще предоставляет передавать некоторые из них в реальном масштабе времени. Речь идет о видео и аудиоинформации, подаваемой прямо от источника. Обработка же, передача и прием в реальном масштабе времени позволяет сразу анализировать такую информацию и предпринимать необходимые действия. А это уже замена телефонии и переход к видеотелефонии. И вся информация может быть передана в единообразном, цифровом виде в рамках компьютерной сети.

Действительно, зачем дублировать потоки за счет использования аналоговых и цифровых кабелей? Не проще ли оставить только широкополосные линии? На первом этапе это могут быть и медные провода, но уже в самое ближайшее время их сменят оптические.

Что же касается традиционных аналоговых телефонов, то их пик их популярности уже пройден. Связано это с тем, что аналоговый сигнал сегодня довольно просто превратить в цифровой вид, представляющий последовательность уже привычных двоичных нулей и единиц.

После обработки компьютерными средствами цифровую последовательность  можно разделить на пакеты, снабдив соответствующей служебной информацией. В ней содержатся адреса отправителя и получателя, номера пакетов и т.п. Такие пакеты можно передавать не только в пределах локальных сетей, но и отправлять в Internet. Требуется наличие только соответствующих программ.

Именно так работает популярная система Skype. Бесплатно подключившись в этой системе с помощью опять же бесплатной программы, пользователи получают возможность аудиосвязи с теми, кто установил одноименную программу на свой компьютер с подключенной гарнитурой. Можно вместо гарнитуры использовать  отдельный микрофон с головными телефонами (или динамики).

При этом оплате подлежит только работа в сети Internet, а сама связь бесплатна независимо от расстояния, расположения компьютеров и продолжительности беседы. Ну а в дополнение к этому имеется возможность платной связи с традиционными телефонами и обратно.

А еще в рамках указанной системы можно передавать совместно с аудиоинформацией еще и видео. Это достигается с помощью подключенной вебкамеры. Данные функции  превращают традиционные компьютерные средства в видеотелефон, что переводит коммуникации на другой, более высокий уровень.

Конечно, все это становится возможным при соответствующей полосе пропускания сети: как показывает опыт, нижняя граница находится в районе 128 Кбит/с, хотя не менее важно отсутствие задержек в передаче и получении цифровых пакетов. Для сравнительно беспроблемной аудио и видеосвязи в рамках системы Skype вполне комфортны скорости передачи данных 256-512 Кбит/с.

Безусловно, описанная бесплатная система – это прорыв в коммуникациях. Однако то, что вполне годится для домашнего применения, не всегда устраивает корпоративных пользователей.

VoIP и IP-телефония

Для требовательных пользователей следует обратить внимание на фирменные решения компании Cisco, специалисты которой профессионально занимаются проблемой конвергенции аудио/видео информации с компьютерными данными, передаваемыми в рамках одной IP-сети.

Технология связи по IP-сетям (IP Communications, IPC) осваивается все шире. По данным корпорации IDC, в 2006 году 50% всего коммуникационного трафика будет передаваться по IP-сетям. Это связано с тем, что компании все чаще рассматривают IPC как необходимое решение для ускорения окупаемости инвестиций. IPC обеспечивает передачу данных и голоса (за счет преобразования голосовых сигналов в пакеты, аналогичные пакетам данных) одновременно по одной и той же сети (Рис. 6). К тому же для повышения эффективности бизнес-процессов задачи телефонной связи и передачи данных можно комбинировать в единое приложение.

Рис. 6. Развитие рынка IP-коммуникаций

Кстати, оценивая достоинства решений IP-телефонии, необходимо отметить, что за термином «IP-телефония» скрываются две независимые технологии: VoIP-телефония и корпоративная IP-телефония. Когда говорится о VoIP-телефонии, то это означает, что имеется в виду, как правило, услуга оператора связи. Это услуга междугородних звонков, которые дешевле обычных.

Когда же говорится о корпоративной IP-телефонии, то чаще всего имеется в виду способ организации телефонной связи в одном или во всех офисах компании. Корпоративная IP-телефония позволяет экономить как на звонках между офисами (аналогично VoIP-телефонии, но без участия оператора связи), так и на расходах по поддержке системы телефонии. То есть, когда рассматривается экономическая привлекательность корпоративной IP-телефонии, то это означает, что дешевле эксплуатация и межофисный телефонный трафик.

Исторически сложилось так, что изначально появилась и получила широкое распространение VoIP-телефония, а уже потом повсеместно стали внедряться системы корпоративной IP-телефонии.

Остается отметить, что для решения всех возникающих проблем у компании Cisco есть законченные варианты аппаратно-программных изделий, которые она активно предлагает потенциальным пользователям. Для популяризации своих достижений и повышения привлекательности своих решений она регулярно проводит соответствующие мероприятия, например, таких, как «Тест-драйв IP-телефонии и офисных технологий».

В рамках данной инициативы в период с сентября по ноябрь этого года предприятия среднего бизнеса в вышеупомянутых городах смогут по предварительной записи ознакомиться с возможностями современной телефонии на базе унифицированных коммуникаций Cisco. Для этого требуется позвонить по телефону региональному представителю компании КРОК либо заполнить электронную заявку на сайте данной программы. Тест-драйв пройдет в специально создаваемых демо-центрах на базе региональных компаний КРОК Урал, КРОК Поволжье, КРОК Сибирь, КРОК Северо-Запад и КРОК Юг.

Однако если критически рассматривать возможности IP-телефонии, то, как отмечают ведущие специалисты Cisco, основные преимущества и улучшение качества жизни от корпоративной IP-телефонии получают не обычные менеджеры, а руководство компании (которое экономит на каждом звонке сотрудника) и технические специалисты, которым становится проще обслуживать телефонную систему. Простой же бизнес-сотрудник, менеджер, не видит особой разницы между просто телефоном и IP-телефоном.

Тем не менее, необходимо отметить важную роль, которую сыграла и продолжает играть корпоративная IP-телефония. Корпоративная IP-телефония представляет собой  последний, подготовительный этап перед наступлением эры унифицированных коммуникаций. Повсеместные успешные внедрения корпоративной IP-телефонии доказали, что для организации голосовой связи внутри компании можно и нужно использовать возможности компьютерной IP-сети. Возможность же включения «телефонных кнопок» практически в любое программное окно на экране компьютера (начиная с программного телефона, Outlook-а и заканчивая web-страничкой) создала предпосылки для появления новых представлений о том, как на самом деле может выглядеть связь - связь между людьми с нормальными чувствами комфорта.