Введение

Монография «Мультисервисные сети и услуги широкополосного доступа» посвящена популярному направлению развития современных телекоммуникаций. Пройдя путь становления концепций в корпоративном секторе рынка, это направление, постепенно, начинает завоевывать и сети общего пользования. Операторы вынуждены удовлетворять растущий спрос на комплексное телекоммуникационное обслуживание абонентов, совмещающее в одном пакете как речевые услуги, так и различные информационные сервисы, использующие среду передачи данных.

Книга является результатом многолетней работы с телекоммуникационными операторами в качестве системного интегратора и аналитика. Главная задача, которая ставилась при, ее написании — внести ясность в модные понятия: сервисы, конвергентность и мультисервисность, которые в процессе становления претерпевали множество интерпретаций и разночтений.

Первая часть монографии посвящена проблемам интеграции различных сервисов операторов связи и сервис-провайдеров, выбору оптимальных сред переноса трафика, механизмам обеспечения качества обслуживания абонентов и сравнительному анализу достоинств и недостатков различных телекоммуникационных технологий, используемых при построении мультисер- висных сетей операторского класса.

Во второй части рассматриваются проблемы автоматизации операторской деятельности: эксплуатации и обслуживании клиентов, маркетинге, пла* нировании и проектировании развития, балансировке нагрузок в сети и эффективности систем управления, а также на анализе угроз и методах их предупреждения при выработке политики информационной безопасности оператора связи. Показаны закономерности взаимосвязей различных подразделений операторов, описаны структуры стандартных информационных объектов, необходимых для эффективной деятельности оператора. Проведен обзор информационных ресурсов оператора, определяющих необходимость создания корпоративных Центров хранения данных (Data Center) и сценариев взаимодействия с ними различных служб и подразделений оператора.

Третья часть монографии посвящена вопросам проектирования и эксплуатации контентохранилищ коммерческих информационных приложений операторов и сервис-провайдеров. Проанализированы особенности услуг SSP, проблемы информационной безопасности при работе с коммерческой ин- ^юрмацией, нюансы проектирования иерархических контентохранилищ, требования к современным системам управления сетями хранения данных. Проведен обзор специфики реализаций различных информационных приложений, спектров их услуг, требований к аппаратно-программным комплексам соответствующих серверов центров агрегирования услуг.

Глава 1ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯГлава 1ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Глава 1

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Глава 1

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Телекоммуникационнаямультисервисная сеть

Текущее состояние телекоммуникационных сетей операторов электросвязи в России характеризуется высокой степенью динамики развития. Сегодня каждый оператор связи занимается поиском путей наиболее полного удовлетворения потребностей возрождающейся экономики России. Прошли времена, когда для отдельного вида сервиса строилась отдельная сеть, и сегодня практически ни у кого не осталось сомнений относительно вопроса: «нужна ли мультисервисная сеть?». Положительный ответ на этот вопрос уже звучит в факте внештатного использования ТфОП для решения задач передачи дан- ных и, в частности, коммутируемого доступа в Интернет. В некотором смысле получается мультисервисность, но стихийная и не цивилизованная, поскольку по-другому без серьезных затрат никак не сделать, а качество телефонных услуг и самой передачи данных очень низкое.

Если представить себе мультисервисную сеть как единый механизм (см. рис. 1), то она, скорее всего, должна представлять собой многоуровневую конструкцию, характеристики которой во многом определяются требованиями трех категорий пользователей:

корпоративный пользователь;

малый бизнес и домашний офис (SOHO);

частный пользователь.

Совокупность указанных категорий пользователей формирует практически весь спектр сервисов, причем наблюдается устойчивая тенденция повышения спроса на широкополосные услуги связи (видеоконференции, видео по запросу и т.п.). Несмотря на то, что последние достижения в области теле-

коммуникационных технологий открывают новые горизонты в области пропускной способности медных, эфирных и оптических сред передачи, факторами, определяющими уровень развития сети, являются состояние базовой сети коммутации и переноса трафика. Средства сети абонентского доступа тесно связаны с базовой сетью и могут даже являться частью ресурса базовой сети. Однако, функционально они выделяются в отдельный уровень структуры, поскольку призваны решать специфические задачи доведения услуг с использованием различных физических сред в широком диапазоне скоростей и концентрации пользовательского трафика.

Важнейшей составляюще访 мультисервисной сета является уровень управления сетевыми ресурсами (базовая сеть + доступ). В понятие управление здесь вкладывается значительно больше, чем традиционный удаленный мониторинг и сбор статистики. Средства управления ресурсами должны принимать самое активное участие в процессе функционирования базовой сета, а также абонентского доступа, в том числе:

обеспечение живучести сети, управление избыточными ресурсами;

организация оптимальной загрузки сетевых ресурсов (управление перегрузками, очередями, качеством переноса трафика);

автоматизированный контроль параметров пользовательского трафика и выделение ресурсов пользователям;

маршрутизация трафика и ведение единой базы данных сети;

предоставление оператору сети широкого спектра воздействий по управлению ресурсами сети;

ведение соглашений о сервисе (подписка на услуги, изменение клиентского профиля, выписка счетов пользователю и т.п.).

SonSwitchSonSwitchСеть абонентского доступаСеть абонентского доступаМалый бизнесМалый бизнесТращиционные пакетные сетиТращиционные пакетные сетиКорпоративный пользовательКорпоративный пользователь期；Частный пользователь期；Частный пользовательТрадиционные сети коммутации каналовТрадиционные сети коммутации каналовуправлениеуправлениересурсами сетиресурсами сетиШирокополоснымШирокополоснымдоступдоступGatewaysGatewaysБазовая сеть коммутацииБазовая сеть коммутациии переноса трафикаи переноса трафикауправлениеуправлениеSign. GwaySign. GwayсервисамисервисамиРис. 1. Телекоммуникационная мультисервисная сетьРис. 1. Телекоммуникационная мультисервисная сеть

SonSwitch

SonSwitch

Сеть абонентского доступа

Сеть абонентского доступа

Малый бизнес

Малый бизнес

Тращиционные пакетные сети

Тращиционные пакетные сети

Корпоративный пользователь

Корпоративный пользователь

期；Частный пользователь

期；Частный пользователь

Традиционные сети коммутации каналов

Традиционные сети коммутации каналов

управление

управление

ресурсами сети

ресурсами сети

Широкополосным

Широкополосным

доступ

доступ

Gateways

Gateways

Базовая сеть коммутации

Базовая сеть коммутации

и переноса трафика

и переноса трафика

управление

управление

Sign. Gway

Sign. Gway

сервисами

сервисами

Рис. 1. Телекоммуникационная мультисервисная сеть

Рис. 1. Телекоммуникационная мультисервисная сеть

Как будет показано далее понятие «сервис» является по существу многоуровневым. Например, средства коммутации канального уровня могут предоставлять пользователю сервис мультиплексирования виртуальных каналов на одном физическом окончании, а также формирования постоянных и коммутируемых виртуальных каналов с различными гарантированными свойствами. В то же время, на более высоких уровнях пользователь может востребовать такие сервисы, как доступ к базам знаний, видеосерверам и т.п. В общем случае для управления высокоуровневыми сервисами в муль- тисервисной сети должны быть предусмотрены специальные средства управления системой серверов («широкополосные сервисы»). При распределении сервисных информационных потоков уровень управления сервисами и уровень управления ресурсами сети должны выступать согласованно.

Поскольку принцип мультисервисности подразумевает предоставление пользователю всех видов сервиса, включая ставшие традиционными: телефон, электронная почта и Интернет, то структура мультисервисной сети предусматривает наличие соответствующих шлюзов, конверторов и процессоров сигнализации.

Учет важнейших свойств элементов мультисервисной сети позволяет произвести правильный выбор базовой технологии коммутации и переноса трафика. Выбор делается с точки зрения системного аналитика, для которого очень важна непротиворечивость развития сетевой архитектуры в целом, с учетом интересов не только оператора, но и всех категорий пользователей, а также с учетом перспективных видов сетевых услуг.

Режимы переноса трафика

Режимы переноса ——это способы передачи, мультиплексирования и коммутации сигналов, используемые в телекоммуникационных сетях для доставки информации от источника к получателю.

Фиксированная скорость передачиФиксированная скорость передачиПростотаПростотаВарьируемая скорость передачи

Фиксированная скорость передачи

Фиксированная скорость передачи

Простота

Простота

Сложность

Коммутация Коммутация КоммутацияFrame Relay Коммутация

каналовканалов наячеек (ATM)пакетов

разных скоростях

Рис- 2. Основные способы коммутации

Коммутация каналов

Способ переноса информации, базирующийся на временном разделении каналов Time Division Multiplexing (TDM), Использование временного ресурса требует синхронизации отдельных узлов сети. Поэтому этот способ известен так же как синхронный режим переноса Synchronous Transfer Mode (STM).

Информация передается с определенной тактовой частотой, определяющей временной интервал тактирования. Несколько соединений мультиплексируются в одном тракте (звене передачи) путем объединения временных интервалов (time slot) в кадры (frame), структура которых повторяется с определенной частотой. При этом соединение (канал) использует один и тот же временной интервал в кадре передачи в течение всего сеанса связи.

Коммутация каналов при использовании TDM может происходить как во времени (в пределах одного тракта), так и в пространстве (при передаче трафика между трактами). Это очень не гибкая процедура, так как продолжительность временного интервала однозначно определяет скорость передачи в канале. Например, G.703 использует маркер временного интервала размером байт. В кадре длительностью 125 мкс содержится 32 канальных интервала, что при скорости канала 64 Кбит/с дает суммарную скорость в тракте 2048 Кбит/с.

Так как для передачи информации может быть использован только один и тот же канальный интервал в цикле временного объединения (кадре), то это приводит к очень низкой эффективности использования сетевых ресурсов в случае предоставления в мультисервисной сети множества сервисов. Диапазон скоростей передачи, используемых различными службами, очень широк. Например, для телеметрии достаточно небольшой скорости передачи (1 Кбит/с). В то же время, сигнал цифрового телевидения высокой четкости ТВВЧ нуждается в сто тысяч раз большей скорости (140 Мбит/с). Для устранения этих противоречий приходится выбирать максимальную скорость передачи, способную удовлетворить требования любой службы, но при этом несоизмеримость скоростей приводит к низкой утилизации канала «медленными» службами.

Многоскоростная коммутация каналов

Системы многоскоростной коммутации каналов, также используют TDM. В отличие от обычной коммутации каналов, в этом режиме одно соединение может использовать одновременно несколько канальных интервалов (например, видеотелефония по стандарту Н261 работает на скорости п х 64 Кбит/с, n = 1, 2,...,32). При этом каждое соединение должно быть кратно скорости основного канала. Очевидно, что такое решение проблемы усложняет систему, так как для проноса трафика из конца в конец сети необходимо обеспечить синхронность всех каналов во всех отдельных пеньях.

Несмотря на частичное решение проблемы, выбор основной скорости канала остается сложной проблемой, так как диапазон скоростей перекрывает пять порядков и при выборе базовой скорости на канал, например, 1 Кбит/с, соединение канала ТВВЧ потребуется 140000 time slot-ов (временных интервалов) в кадре. Очевидно, что при такой длине кадра, задачи управления и обеспечения синхронизации для каждого соединения из всего диапазона скоростей соединений, становятся нереализуемыми. Поэтому в системах многоскоростной коммутации каналов вводится группирование каналов по скоростям. При этом каждая группа коммутируется, фактически своим отдельным коммутатором, использующим оптимальную для данной группы базовую канальную скорость (64 Кбит/с, 2048 Кбит/с и т.д.). Связь между группами каналов осуществляется с помощью мультиплекси- рования/демультиплексирования информационных потоков.

Такое решение позволяет иметь общую систему контроля, управления и технического обслуживания для группы коммутаторов изготовленных отдельно. Однако, эффективность использования сетевых ресурсов остается низкой, так как баланс нагрузки между отдельными коммутаторами невозможен и перегрузка в каждом из них не может быть устранена за счет перераспределения ресурсов интегрального коммутатора.

Помимо этого, фиксированная скорость в каждом из коммутаторов очень плохо приспособлена к транспортировке мультимедийного трафика, который отличается «взрывным» (пачечным или пиковатым) характером трафика. Так как выбранная скорость канала должна обеспечивать пиковую пропускную способность канала, в то время как средняя его загрузка может составлять единицы или даже доли процента.

Коммутация пакетов

Первый проект сети с коммутацией пакетов был обнародован в 1974 г. Основной идеей, заложенной в концепцию сети, был отказ от жесткой связи между г канальным интервалом (time slot) и соединением в цифровых синхронных сетях.

Вследствие низкого качества канала связи для обеспечения приемлемой семантической прозрачности сквозного соединения в сети потребовалось использование сложных протоколов, обеспечивающих разграничение кадров и защиту от ошибок.

При этом информационный пакет сопровождается полями управляющих и проверочных (Cyclic Redundancy Check ——CRC) символов, снабжается адресом и обрамляется признаками начала—конца кадра (Frame).

Пакетная коммутация ориентирована на предоставление виртуальных каналов, которые в действительности существуют лишь как временное подмножество физической цепи, которое абонент ощущает как реальный канал. При

этом в одном физическом канале осуществляется мультиплексирование потоков пакетов многих пользователей и служб. Пропускная способность физического канала считается достаточной, если ни один из пользователей не замечает ухудшения качества услуг при параллельной работе с другими абонентами.

Различают два вида соединений:■

Виртуальный канал (аналогичен коммутируемому соединению, устанавливаемому по заказу на время сеанса).

Постоянный виртуальный канал (аналогичен выделенной линии, кроссированной по определенному маршруту из конца в конец сети).

Протокол сетей передачи данных Х.25 является одним из самых сложных, так как узлы коммутации на канальном уровне (звено соединения точка- точка) обязаны выполнять большое количество функций:

Разграничение кадров.

Вставка битов.

Обеспечение кодовой прозрачности.

Избыточное циклическое CRC кодирование.

Мультиплексирование потоков из различных виртуальных каналов в едином физическом канале.

Появление цифровых трактов с меньшим уровнем ошибок, а также возрастание доли служб с относительно высокой скоростью (п х 64 Кбит/с, п = 1, 2, ..., 32), позволило сократить количество функций, обеспечиваемых каждым узлом коммутации, и перейти к применению протокола Frame Relay.

В этом протоколе функция устранения ошибок вынесена за границу сети. Устранение ошибок с помощью повторной передачи осуществляется только по сквозному каналу, проложенному из конца в конец сети от источника к получателю. При этом на уровне звена производится только обнаружение ошибок и стирание дефектных кадров..

Быстрая коммутация пакетов

Оптимизация процесса минимизации функций привела к появлению концепции быстрой коммутации пакетов (Asynchronous Transfer Mode — ATM). При выработке концепции учитывались следующие факторы：

Эффективное использование пропускной способности ци^фовых 1ракгов.

Достижение высокой производительности коммутационных узлов, за счет оптимизации скорости коммутации л сложности обработки.

Минимизация задержек пакетов.

Теоретически максимальная эффективность использования пропускной способности физических каналов достигается при пакетах переменной длины. Однако, достигаемый выигрыш по утилизации кйнала оказывается не

очень значительным, по сравнению с пакетами фиксированной длины. Возрастают накладные расходы транспортировки, связанные с распознаванием длины пакета. Помимо повышения скорости коммутации, пакеты фиксированной длины позволяют оптимизировать объем буферного пространства, который в этом случае исчисляется стандартными пакетами (ячейками) независимо от характера трафика той или иной службы.

Сущность ATM состоит в транспортировке всех видов информации от различных абонентов пакетами фиксированной длины (ячейка 53 байта), асинхронно мультиплексируемыми в единый цифровой тракт. При этом минимизация функций коммутации позволила достичь при сохранении гарантий качества услуг, суммарной скорости тракта в 10 Гбит/с и более.

Отличительные особенности ATM:

Отсутствие защиты от ошибок и управления на канальном уровне сетевой модели ISO/OSI.

Ориентация на соединение.

Ограниченный набор функций, переносимых заголовком пакета ATM.

Фиксированная и относительно небольшая длина информационной части ячейки, что повышает эффективность коротких транзакций.

Отказ от ряда функций в ATM требует, чтобы фазе передачи информации, предшествовала фаза установления виртуального соединения. Во время установления соединения, системой управления должна осуществляться проверка выполнимости требований по обеспечению гарантий качества предоставляемых услуг. Необходимо убедиться в достаточности объема сетевых ресурсов для создаваемого соединения с учетом сохранения качества обслуживания уже существующих соединений. В случае отсутствия необходимого ресурса соединение просто не будет установлено.

Оптимизация размеров очередей на обработку запросов соединений на сетевые ресурсы обеспечивает контроль уровня допустимых потерь пакетов. Потери обусловлены переполнением буферных устройств коммутаторов (обычно вероятность такой, потери 10^…10 ”).

Ограниченный набор функций в заголовке пакета минимизирует время задержки пакета, что обеспечивает временную прозрачность в сети ATM. Это особенно важно для высокоскоростных приложений реального времени, которые с каждым годом все популярнее в мультисервисных сетях. Главная задача заголовка пакета ——идентификация виртуального соединения и правильная его маршрутизация. Сохранение этих функций обеспечивает статистическое мультиплексирование пакетов в физическом тракте.

Сети ATM свободны от недостатков сетей с другими режимами переноса: зависимость от обслуживаемой службы, отсутствие гибкости, низкая утилизация сетевых ресурсов, отсутствие адаптивности к источникам информации с пиковатым трафиком и т.п.

Режим ATM может быть поддержан любой цифровой системой передачи, используемой в настоящее время операторами связи, так как определяет прото- колы на уровнях выше физического. Это снимает какие-либо ограничения по постоянному совершенствованию алгоритмов кодарования и сжатия информации, а также внедрению все новых и новых служб и информационных приложений. Последнее обстоятельство особенно важно при создании мультисер- висных сетей, задача которых —— объединить разнородные услуги (в том числе и не существующие в настоящий момент) в единую инфраструктуру.

Благодаря ATM-технологии все коммутационное оборудование магистральных сетей становится однородным, обеспечивающим: быструю коммутацию разнородного трафика, поступающего из сетей абонентского доступа, и асинхронное временное разделение ресурсов мультисервисной сети.

Однако, ничего не дается даром. Оборудование сети ATM довольно дорого. Основная проблема, которая возникает в сетях ATM, это проблема удовлетворения разнородных требований к временной и семантической прозрачности сети для различных типов абонентского трафика и адаптация его на границе магистральной сети к единому методу переноса.

1.3. Эволюция понятия «сервис».Операторы и сервис-провайдеры

За последние несколько лет просматривается тенденция взаимного влияния рыночного спроса на телекоммуникационные услуги и развития сетей операторов, т.е. предложения услуг связи. Наиболее характерным в этом процессе является поведение корпоративного потребителя услуг передачи данных, формирующего по оценкам целого ряда независимых экспертных фирм наибольший процент от доходов оператора сети передачи данных. Семь-восемь лет тому назад типовыми требованиями к оператору со стороны пользователя были: выделенный провод, волокно или канал системы передачи. При этом вне зависимости от оператора пользователь самостоятельно решал задачу каналообразования и наполнения его трафиком необходимых приложений, как правило, это были телефония и передача данных. Справедливости ради надо отметить, что сеть оператора связи, в силу недостатка мощности и отсутствия инструментов гибкого выделения каналов, и не могла дать ничего более. В результате — неэффективное использование канальной инфраструктуры оператора, относительно высокая стоимость аренды для пользователя и предельно простое соглашение об уровне сервиса SLA (Service Level Agreement). Важнейшим моментом на этом этапе развития отношений оператор—пользователь является то, что качество услуги оценивалось по коэффициенту готовности канала (среды передачи), пользователь вообще не беспокоился о своей информационной безопасности (ведь канал-то выделенный!).

В дальнейшем, с появлением сервис-провайдеров (биржевые сети, Интернет и т.п.) пользователь встал перед выбором: или покупать отдельные выделенные каналы доступа к сервис-провайдерам, или попытаться решить со* вместно с оператором задачу совмещенного использования каналов оператора для внутрикорпоративного трафика и доступа к сетям сервис-провайдеров. Ситуация разрешилась в пользу второго решения, исходя из чисто экономических соображений, несмотря на то, что оператор вынужден был пойти на дополнительные затраты по внедрению средств коммутации потоков данных, а пользователь ——вложить дополнительные средства в сетевые экраны для обеспечения информационной безопасности своей корпоративной сети. Из этого простого примера можно сделать два важных вывода.

Во-первых: повышение интеллектуальности сетевой услуги, связанное с естественным повышением ее стоимости, оказывается выгодным не только оператору, но и пользователю.

Во-вторых： предоставление на одном абонентском окончании нескольких услуг определяет важнейшее свойство сети оператора связи ——мультисервисность.

Необходимо отметить, что сеть оператора способна предоставлять различные виды сервиса в соответствии с уровнями классической модели OSI/ISO, которые поддерживаются сетью. Наиболее значимыми являются канальный и сетевой уровни, предоставляющие услуги коммутации информационных потоков с целью доступа или к хостам соответствующего уровня (например, взаимодействие маршрутизаторов рабочих групп корпоративной сети), или к серверам сервис-провайдеров, предоставляющие информационные услуги более высоких уровней. Другой неотъемлемой составляющей понятия мультисервисности сети оператора следует считать способность сети переносить информационные потоки пользователя раз- личной природы (речь, данные, видео) с адекватным восстановлением сигнала на выходе из сети, т.е. поддержание различных классов сервиса, которые будут рассмотрены далее.

Четко прослеживается тенденция стирания грани между операторами се- тей и сервис-провайдерами. Этот процесс обусловлен:

развитием номенклатуры услуг, с учетом минимизации издержек на их разработку и внедрение;

снижением стоимости владения эксплуатируемых услуг;

необходимость упрощения управления сетевыми и информационны* ми ресурсами с учетом оптимизации их использования.

Все вышеперечисленные факторы требуют объединения этих видов деятельности в рамках одного юридического лица.

.4. Конвергенция сетей и сетевых приложенийв универсальную мультисервисную среду

1-4.1. Конвергентные сети

Укрупнение телекоммуникационного бизнеса и появление холдингов, объединяющих сети нескольких специализированных операторов (фиксированной связи, мобильной связи и передачи данных), а также острая конкурентная борьба за абонента, обусловили появление нового класса услуг. Они обеспечивают, прозрачно для абонента, взаимопроникновение сетей и услуг, специфичных для одной, определенной телекоммуникационной среды, в другую за счет шлюзования. Процессы взаимопроникновения услуг из одной средн в другую называют конвергенцией.

Например:

Конвергенция сотовых сетей и Интернета http://nit.itsoft.ru/cgi-bin/ article?id=98;

Конвергентные продукты для голоса и данных семейства Omni http://www.alcatel.ru/products/corpnets/all/transin^;

приложения Genesys для центра контактов http://www.alcatel.ru/news/ pr/2001/06/13/1102.html.

Процесс конвергенции, зачастую, нуждается в привлечении интеллекта, с помощью которого согласуются протоколы (SDH, ATM, FR, IP) и технологии передачи (VoIP, VoATM, VPN). Роль таких согласующих устройств на сетях операторов выполняют мультисервисные сетевые устройства, обычно поддерживающие ATM и MPLS, IP и FR (см. рис. 3).

Прозрачность взаимопроникновения своими услугами разнородных телекоммуникационных сетей (телефония, передача данных и Интернет) обеспечивается за счет цифровизации трафика в этих сетях и программных средств его обработки, как на транспортном, так и на прикладном (информационном) уровне.

Конвергенция сетевых приложений

Рост числа сетей различного назначения (фиксированная и мобильная телефонии, а также передача данных, транкинг, пейджинг и т.п.) привел к появлению большого числа различных сетевых приложений и информационных услуг. Специфика деятельности абонентов требует минимизации времени, затрачиваемого потребителем на выбор правильного терминала и алгоритма доступа к необходимой услуге.

В конечном итоге, все современные терминалы, в той или иной степени, являются специализированными или универсальными персональными компьютерами. А ци(|фовые коммутаторы различного назначения — это специализированные или универсальные серверы телекоммуникационных и информационных услуг. Таким образом, цифровизация существующих телекоммуникационных сетей является отправным пунктом на пути эволюции разнородных сетей в единую, прозрачную для пользователя, муль- тисервисную среду.

Optical Core Network

Рис. 3. Конвергенция сетевых технологий в концепции Alcatel

Понятие конвергентные сети ассоциируется в общественном сознании, в основном, со средой Ethernet и IP-приложениями. Несколько лет назад велась массированная реклама интегральных решений на базе этих технологий, которые демонстрировали техническую реализуемость слияния любых услуг в единой «универсальной» цифровой среде, обеспечивающую доставку произвольного трафика. Однако, специфика операторской деятельности заключается в необходимости сохранения инвестиций и невозможности отказа от существующей телекоммуникационной инфраструктуры в пользу новых сред и технологий. Помимо этого, для оператора очень важным фактором при принятии решений является не только техническая реализуемость и соответствующий запас по масштабированию производительное - ти, но и маркетинговый запас решения, то есть развитый механизм контроля качества предоставляемых услуг, возможность прогнозирования пиковых нагрузок и планирования модернизации узлов сети.

Очагом интеграции информационных потоков может стать любой оператор, внедряющий на своей сети аппаратно-программные решения по созданию информационных услуг, проникающих из одной сети в дру-

гую, или по расширению номенклатуры предоставляемых услуг за счет интеллектуализации:

интеллектуальная сеть (IN — Intelligent Network);

система поддержки бизнеса и операций (OSS — Operation Support System);

среда сетевых приложений (NAE — Network Application Environment), включающая весь диапазон услуг, которые ранее обрабатывались отдельно интеллектуальными сетями (IN), системами отчетов и незави-

\ симыми информационными системами.

Новая архитектура платформ Alcatel/табл. 1), получившая название платформы открытых услуг (OSP — Open Services Platform), представляет все необходимое для получения:

Открытых интерфейсов, не зависящих от базовой телекоммуникационной инфраструктуры, которые могут быть легко интегрированы в любой сети и в среде любой операционной системы.

Интеграции продуктов открытого рынка, включая лучшие в своем классе 64-битные UNIX-серверы, коммерческие базы данных, стандартные в связи алгоритмы обработки речи, а также ресурсы по обработке речи Alcatel и Открытые ресурсы от третьего производителя.

Реализации в любых сетях: ТФОП, PLMN, ISDN, широкополосных, частных сетях и сетях передачи данных, в том числе и Интернете.

Концепция трех слоев новой архитектуры AlcatelТаблица 7

Application

Generic Services

IN services e-content, e-hotel, e/m-commerce

е (0

С 0 оDomain Components & F

W gunctions

Protocol SiBs (INAP, Radius, SIP ...}

Muftimedia Applicetiona (PSE, Location Server, Get-Ways)

Special recourse point

Network Bssed Call Center

Voice & Internet

Open Services Platform

Database & defense Distributed communication Management servers

Базой для создания мультисервисной сети может быть как специализированный оператор транспортной сети со шлюзами в сети различных операторов, так и оператор, совмещающий на своей кабельной или беспроводной инфраструктуре различные сети и услуги (телефония и передача данных). Причем второй вариант более вероятен, так как он дает выигрыш конкретному оператору или холдингу в конкурентной борьбе за абонентов за счет широкого наращивания спектра услуг, а не за счет тарифной войны.

Как показывают маркетинговые исследования различных регионов страны, несмотря на относительно низкую платежеспособность абонентов, они могут позволить больший объем платежей за услуги, но психологически не готовы это сделать при ограниченной номенклатуре услуг. Вот почему, расширение этой номенклатуры может увеличить доходы операторов при сохранении объема абонентской базы и стимулировать ее рост за счет привлекательности предложения интегрированных услуг и систем абонентских платежей.

Повышение конкурентоспособности оператора

Потребности абонента телекоммуникационных сетей, обусловлены спецификой его деятельности и используемыми информационными потоками. Жизненный цикл продуктов и услуг, предлагаемых на телекоммуникационном рынке, постоянно сокращается. Оператор должен отвечать потребностям конечных пользователей при минимальных рисках капиталовложений. Поэтому операторам требуется все более низкая стоимость владения, все более простое управление, увеличение количества услуг и возможность оптимизировать свою сеть.

Острая конкурентная борьба на рынке телекоммуникационных услуг вынуждает операторов не только вести «тарифные войны», но и качественно менять х^>актер своих предложений — развивать спектр предлагаемых услуг и формировать пакеты предложений. Возможность получить целый пакет различных услуг у одного оператора с единой системой взаиморасчетов крайне привлекательна для абонента.

Однако внедрение любой новой услуги требует от оператора дополнительных инвестиций либо на модернизацию своего оборудования, либо на внедрение нового программного обеспечения. Длительность цикла от момента зарождения идеи услуги до ее внедрения непрерывно уменьшается как при аппаратной, так и при программной реализации. Но в отличие от аппаратной, программная реализация не требует перестройки производства. Она имеет более высокую скорость реализации и внедрения, а также более низкие расходы на тиражирование и эксплуатацию. Главным ее достоинством является переносимость на различные компьютерные платформы и возможность объединения нескольких услуг на общей универсальной серверной платформе.

Таким образом, оператор в целях повышения своей конкурентос пособнос - ти, стремится выделить процесс внедрения новых услуг и привнесения в них интеллекта за счет специального центра процессинга данных (Data Center), занимающегося агрегированием услуг и клиентских профилей, а также шлюзованием запросов на интеллектуальные услуги.

По отношению к абоненту оператору требуется:

предоставления подписчику целого пакета услуг, предоставляемых различными сетями;

Узел магистральной мулыисервисной сетиУзпн агрегирования доступе

Сервера приложений

Рис. 4. Место информационных услуг в мультисервисной сети

упрощения процедуры его общения с абонентским отделом и службой технической поддержки оператора через Контакт-Центр;

сбора развернутой статистики об его активности и предпочтениях для маркетинговых исследований и адресной рекламы, проводимых операторами.

Помимо этих данных, операторы конвергентных и мультисервисных сетей в клиентских профилях учитывают особенности оконечных терминалов пользователя. Абонент должен получить адресованную ему информацию независимо от типов сгенерировавшей ее сети и терминала (мобильный или фиксированный телефон/компьютер, PAD и т.п.), используемого им в тот или иной момент времени. Мультимедийные порталы операторов предоставляют клиентам возможность самим управлять своим профилем в части подписки на новые услуги, а также online контроля потребленных услуг и оплаты за них (мультимедиа порталы Nextenso http://www.nextenso.com/ index_swf.htm). Яркими примерами комбинированных услуг являются:

универсальный речевой ящик, объединяющий речевые сообщения из различных телекоммуникационных сетей;

единая среда обмена сообщениями, объединяющая речевую, факсимильную и электронную почту в универсальный почтовый ящик.

http://www.alcatel.ru/documents/product_1062/alcatel_8683.pdf

Непрерывная персонализация сетей и услуг (учет индивидуальных требований и подписок абонентов), используемых клиентом, неуклонно повышает роль клиентских профилей в развитии и интеграции услуг, предлагаемых на телекоммуникационном рынке.

Мультисервисные сети

Появление новых сетевых технологий привело к появлению новых терминов, обеспечивающих: мультимедиа телекоммуникации, услуги широкополосного доступа, услуги с гарантией времени доставки трафика и т.п. Постепенно в западной литературе сформировался термин Time Warner Full Service Network (FSN), дословно означающий полносервисные сети, предупреждающие потерю качества из-за несвоевременной (с запаздыванием) доставки трафика. В российской литературе этот термин аналогичен понятию мультаеервисных сетей, то есть сетей, готовых к предоставлению любых телекоммуникационных и информационных услуг.

Конвергенция сетей и сетевых приложений постепенно стирает различие между операторами и сервис-провайдерами. Хотя сегодня это различные виды бизнеса, и первым, и вторым очевидно, что максимальная доходность от предоставления различного рода услуг, требующих динамического контроля качества и баланса нагрузки в сети, достижима при совмещении этих бизнесов одним юридическим лицом. При этом у такого интегрального оператора гораздо более широкие возможности по оптимизации своих капитальных и эксплуатационных затрат: по гибкости и адаптируемости систем управления различными сетями и ресурсами, по выбору тарифной политики и наращиванию абонентской базы, и, в конечном итоге, по конкурентоспособности на рынке телекоммуникаций.

Как провайдеру услуг такому интегральному оператору необходимо найти инновационные решения, которые позволяют решить три основные задачи:

Предоставление мультимедийных услуг с учетом бурного роста IP-приложений и требований по расширению полосы абонентского доступа.

Уменьшение доходаости в результате конкуренции.

Потребность предлагать согласованный и полный портфель услуг, которые работают в инфраструктурах, использующих различные технологии.

В условиях конвергенции сетей, передачи голоса и данных эти задачи еще более усложняются. Однако, тенденция сближения и взаимной интеграции передачи голоса, пакетных данных и Интернет, прослеживается четко. Поэтому, имеет смысл рассматривать их как части единого решения, в котором сети с коммутируемым голосом и сети передачи данных переходят в единую мультисервисную сеть.

Мультисервисная сеть связи — это единая телекоммуникационная инфраструктура для переноса/коммутации трафика произвольного типа, порождаемого взаимодействием потребителей и поставщиков услуг связи с контролируемыми и гарантированными параметрами трафика, ровнями качества и конфиденциальности, свойственными каждому виду^усйуг.

Ключевое преимущество мультаеервисных сетей заключается в том, что они обеспечивают общие интерфейсы для информации и голосовых услуг и

Основные критерииоператорской деятельности

Основные критерии, которыми руководствуются операторы связи при принятии решений в области технической политики и стратегического планирования развития своих сетей:

Строгое следование стацдартам. Только последовательное проведение в жизнь этого принципа может обеспечить совместимость оборудования, используемого в различных частях мультисервисной сети, и избежать необходимости собственных исследовательских и внедренческих работ при создании новых услуг и модернизации сети.

Развитые средства обеспечения надежности сети. Безотказная работа оборудования и повышенная надежность за счет различных видов резервирования (по питанию, по портам, по каналам и т.п.) обеспечивают оператору снижение эксплуатационных издержек на внеплановые ремонтные работы и погашение абонентам их неустоек, обусловленных нештатными ситуациями в мультисервисной сети.

Широкий набор сетевых сервисов. Этот критерий является одним из ключевых в конкурентной борьбе за абонента. Он обеспечивает гибкость и адаптируемость оператора в стремительно меняющемся мире телекоммуникаций. Это гарантии его готовности к моментальной реакции на запрос потребителя. Гарантии сохранения инвестиций в модернизацию сети и снижение стоимости владения предоставляемыми услугами.

Полная совместимость всех элементов операторской сети. Только полная прозрачность (взаимопроникновение различных сред доставки абонентского трафика) может гарантировать конвергентность сети оператора. Именно это качество гарантирует максимальную коммерческую эффективность эксплуатации сетей оператора.

Полная управляемость сети (ядро, доступ, сервис). Однородность системы управления минимизирует эксплуатационные затраты по обслуживанию мультисервисной сети, объединяющей различные технологии и устрой- ства в единую интегрированную среду, доступную для диагностики и менеджмента в любой своей точке.

Разнородная система управления затрудняет конвергенцию сетей оператора и существенно сужает спектр предоставляемых услуг, а также их качество. Она затрудняет сбор статистики и тарификацию абонентского трафика, увеличивает время выполнения регламентных работ и устранения последствий аварий на сети.

Консолидация телекоммуникащюнных технологий. Каждая из телекоммуникационных технологий имеет свои достоинства и свои недостатки. Каждая из них ориентирована на свой сектор рынка или свои особенности

технической реализации. Только оптимальное сочетание достоинств каждой технологии гарантирует максимальную эффективность мульти- сервисной сети и высокую доходность деятельности оператора.

Сохранение инвестиций оператора. Любая модернизация операторской сети должна учитывать имеющееся оборудование, использовать его до тех пор, пока эксплуатационные издержки не превысят доходы от предоставляемых этим оборудованием услуг, то есть до тех пор, пока старое оборудование безубыточно, его целесообразно использовать. За исключением тех случаев, когда замена устаревшего парка оборудования на новое приносит прибыль, превышающую стоимость модернизации и эксплуатационные издержки.

Непротиворечивость развития сети. Сохранение инвестиций оператора обеспечивается долгосрочной программой технического перевооружения операторской сети, гарантирующей непротиворечивость ее развития, защиту от несовместимости различных частей мультисервисной сети. Такая несовместимость ведег к появлению в компании оператора группировок с взаимоисключающими интересами, что существенно ослабляет коммерческую эффективность в рамках одного юридического лица. В худшем случае недостаточный учет фактора непротиворечивости может на определенном этапе развития сети привести к необходимости ревизии принятых решений по архитектуре и принципам базовой коммутации и, соответственно, к существенным дополнительным затратам.

Безопасность пользовательских каналов. Один из основных критериев коммерческой значимости информации, транспортируемой по абонентским каналам, является ее конфиденциальность. Поэтому безопасность и защита от несанкционированного доступа играют ключевую роль на рынке информационных технологий. Развитие сетей широкополосного доступа и появление мультисервисных сетей наметило в мировой практике тенденцию выделения организационно технических мероприятий по обеспечению безопасности абонентского трафика в отдельный вид услуг (VPN, SSP, ISP, ASP, e-commerce, m-commerce, и т.п.). В то же время, просматривается устойчивая тенденция построения базовой коммутации мультисервисных сетей операторов связи на основе технологий канального уровня (базовая модель ISO/OSI) Frame Relay и ATM (Asynchronous Transfer Mode). В основе этих технологий лежит использование виртуальных каналов, управление которыми недоступно со стороны пользователя. В этом случае, оператор сети принципиально освобождается от обеспечения безопасности пользовательских каналов на сетевом и прикладном уровне сетевой модели ISO/OSL

Гарантии качества сервиса (в первую очередь доступа к сети). Специфика операторской деятельности заключается в договорных отношениях между оператором и абонентами. При заключении договоров на абонентское обслуживание оператор берет на себя определенные обязательства по обеспечению качества предоставления услуг, а абонент обязуется оплачивать

приобретаемые услуги. Поэтому гарантии качества и эффективные механизмы его контроля ——неотъемлемая часть деятельности любого оператора. Это требование приобретает особую значимость при создании оператором полноценной мультисервисной сети. Отсутствие сквозного управления и возможности оперативной настройки параметров сети, гарантирующих договорное качество услуг, могут привести к серьезным убыткам. Отсутствие гарантий качества грозит потерей отдельных секторов рынка или недостаточной динамикой роста абонентской базы.

Масштабируемость сети. Гарантии ликвидности инвестиций оператора требуют проверенной доказательной базы. Поэтому оператор не начинает полномасштабной модернизации без тестов в рамках пилот-проекта и не запускает новые виды услуг сразу на максимальную проектную мощность (для выхода на нее требуется время). Масштабируемость операторского решения — это залог его готовности к непредсказуемо бурному росту абонентской базы. Максимальный запас роста сети оператора и его абонентской базы предохраняют оператора от:

непредвиденных коллизий и перегрузок в сети;

необходимости замены оборудования или программного обеспечения;

потерь от упущенной выгоды, вследствие недостаточной динамики развития сети.

Другим важным вопросом масштабируемости сети, является оптимальный выбор системы управления сетью. Решение этого вопроса связано со снижением скрытых дополнительных расходов на управление сетью. Большой объем управляющих воздействий на сеть предоставляет персоналу оператора инструментарий снижения эксплуатационных издержек.

Оптимизация использования сетевых ресурсов характерна как для корпоративных, так и для коммерческих операторов. Однако специфика их деятельности имеет отличие.

В корпоративной сети производитель и потребитель услуг различных приложений, это одно и то же юридическое лицо. Это обуславливает распространение зоны ответственности оператора на всю сеть, вплоть до абонентского терминала и отсутствие потребности оператора в формальных критериях качества обслуживания. Оператор всегда может перераспределить свои ресурсы и удовлетворить интересы одних пользователей за счет других, менее приоритетных, без дополнительных согласований, учета рекламаций и выплаты неустоек.

В коммерческой же сети зона передачи ответственности оговаривается в договоре об уровне предоставляемых услуг (SLA) между оператором и пользователем. Так как договор ——это юридический документ, то необходимы формальные критерии, определяющие степень выполнения взаимных обязательств, и набор контрол ируемых параметров предоставляемых услуг.

Система управления сетями оператора

Важнейшей составляющей мультисервисной сети является уровень управления сетевыми ресурсами (базовая сеть + доступ). В понятие управление здесь вкладывается значительно больше, чем традиционный удаленный мо- ниторинг и сбор статистики. Средства управления ресурсами должны принимать самое активное участие в процессе функционирования базовой сети, а также абонентского доступа, в том числе:

обеспечение живучести сети, управление избыточными ресурсами;

организация оптимальной загрузки сетевых ресурсов (управление очередями, качеством проноса трафика и предотвращение перегрузок);

автоматизированный контроль параметров пользовательского трафика и выделение ресурсов пользователям;

маршрутизация трафика и ведение единой базы данных сети;

предоставление оператору сети широкого спектра воздействий, обес-, печивающих управление ресурсами сети;

ведение соглашений о сервисе (подписка на услуги, изменение клиентского профиля, выписка счетов пользователю и т.п.).

Понятие 《сервис» является по существу многоуровневым. Например, средства коммутации канального уровня могут предоставлять пользователю сервис мультиплексирования виртуальных каналов на одном физическом окончании, а также формирования постоянных и ком мутируемых виртуальных каналов с различными гарантированными свойствами. В то же время, на более высоких уровнях пользователь может востребовать такие сервисы, как доступ к базам знаний, видеосерверам и т.п. В общем случае, для управления высокоуровневыми сервисами в мультисервисной сети должны быть предусмотрены специальные средства управления прикладными системами («широкополосные сервисы»). При распределении сервисных информационных потоков уровень управления сервисами и уровень управления ресурсами сети должны выступать согласованно.

3333Поскольку принцип мультисервисности подразумевает, что пользователю предоставляются все виды сервиса, включая ставшие традиционными: телефон, электронная почта и доступ в Интернет, то структура мультисервисной сети предусматривает наличие соответствующих шлюзов, конверторов и процессоров сигнализации, управление которыми должно быть включено в единый контур системы управления.

33

33

2 Зак. 293

Глава 2

КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ QOS

Обеспечение оговоренного качества соединений и предоставляемых услуг является неотъемлемой частью деятельности оператора. Критериями качества традиционно выступают контролируемые параметры каналов по различным вероятностям ошибок или искажений передаваемой информации и временам ее доставки. Классификация приложений мультисервисной сети позволяет выделить группы с однородными требованиями качества Service Level Agreement ——SLA и определить для них допустимые значения контролируемых параметров Service Level Specification — SLS. Совокупность таких значений (SLA/SLS) для той или иной технологии называется Quality of Service — QoS.

SLS могут быть классифицированы в две категории: CIR и CAR. CIR описывает трафик, направляемый в заранее заданные точки. Это эквивалентно услугам предоставления виртуальных выделенных соединений, предлагаемым сегодня в сетях Frame Relay или TDM. Заказчик должен определить все источники информационных потоков и всех пользователей его приложений, между которыми резервируется полоса пропускания. CAR описывает трафик заказчика, который он может генерировать и принимать в результате связи с любым точками входа. В этом случае нет необходимости заранее определять все точки входа, к которым может обращаться абонент. CAR SLS проще и эффективнее для заказчиков, трафик которых находится в стадии формирования и существует риск ошибиться в прогнозе динамики его структуры и объема.

QoS в широкополосных сетях

Сегодня можно смело утверждать, что наиболее эффективными и перспективными методами переноса пользовательского трафика являются пакетные методы. Оператор при этом имеет возможность разделять полосу пропускания систем передачи между информационными потоками различных пользователей, а пользователь имеет возможность на одном синхронном абонентском окончании формировать несколько виртуальных каналов различного назначения за счет динамического наполнения физического канала трафиком различных приложений.

Применение пакетных методов передачи поставило перед оператором две важных и взаимосвязанных задачи:

Первая: предотвращение перегрузок, которые связаны с переполнением очередей пакетов на обслуживание коммутаторами.

Вторая: формирование SLA, учитывающего качество предоставляемых услуг, интенсивность пользовательского трафика и организация механизмов контроля пользовательского трафика.

Одним из важнейших аспектов контроля качества услуги является определение границы ответственности оператора и определение качества (класса) сервиса. Граница ответственности определяет эталонную точку протокольного взаимодействия пользователя и оператора сети. В такой точке должна обеспечиваться техническая возможность инструментально задавать параметры интенсивности пользовательского трафика (дескрипторы трафика). При таком подходе, между двумя эталонными точками, терминирующими пользовательское виртуальное соединение, возможно, измерить параметры прохождения пакетов пользователя через сеть (параметры качества сервиса). Эти важнейшие характеристики и должны являться собственно предметом соглашения о предоставляемом сетевом сервисе. Эталонные точки, как правило, располагаются в рабочих помещениях пользователя (порт устройства доступа к сети). К дескрипторам трафика обычно относят характеристики гарантированной полосы пропускания, предоставляемой пользователю сетью. При этом параметры качества сервиса описывают максимально допустимый процент потерь пользовательских пакетов, максимально допустимые задержку распространения пакета и девиацию задержки. Комбинация трех параметров качества трафика достаточно точно описывает качество сервиса QoS для каждого виртуального соединения в сети. Как правило, сеть оператора связи поддерживает несколько QoS, каждый из которых имеет набор нормированных параметров. Значение этих параметров должно обеспечиваться специальными процедурами обработки пакетов при их продвижении по сети. Так, например, для продвижения по пакетной сети синхронного информационного потока максимально допустимый процент потерь должен быть не хуже 1,7*Е-10 (что сопоставимо с вероятностью появления битовой ошибки в синхронной системе передачи),

а максимальная задержка распространения — не более 250 мкс. Только при этих условиях имеется возможность адекватного восстановления синхронного сигнала на приемной стороне.

Использование на сетй оператора дескрипторов пользовательского трафика и параметров качества сервиса позволяет оператору решить несколько важ* ных задач. Во-первых: оператор строит свои отношения с пользователем сети на основе ясного документа SLA с точным указанием гарантируемых параметров трафика и качества сервиса QoS. Во-вторых: трафик пользователя нормируется рамками SLA, контролируется (и если надо ограничивается) сетевыми устройствами. При этом оператор имеет защищенную от перегрузок и предсказуемую по загрузке (и соответственно по развитию) сеть, а пользователь всегда имеет оплаченную им пропускную способность сети.

Появление в номенклатуре предоставляемых услуг пакета предложений, свойственного сервис-провайдеру (то есть услуг доступа к информационным ресурсам) лишь частично меняют общую картину. Пользователь информационных услуг задумывается о гарантиях качества при доступе к наиболее критичным online приложениям (речевые соединения, аудио- и видеопотоки). Для таких услуг в среде ATM уже давно выработаны четкие критерии QoS и инструменты контроля параметров канала и они легко могут быть интерпретированы в качественные параметры информационных потоков. Среда IP также позволяет доставку таких информационных потоков, но она имеет гораздо менее развитые средства управления качеством (меньшее число приоритетов, отсутствие механизмов контроля и управления трафиком, и т.п.).

Службы в широкополосныхмультисервисных сетях

Услуги мультисервисных сетей предоставляются пользователям с помощью определенных служб, классификация которых может быть выполнена в зависимости от классификационного признака. Все службы можно разделить на интерактивные и распределенные, каждая из которых, в свою очередь, включает несколько служб (табл. 2).

Интерактивные службы времени, они охватывают:

Диалоговые службы, предоставляющие услуги передачи информации практически в реальном масштабе времени как с симметричными, так и с асимметричными информационными потоками.

Службы обмена сообщениями, непрямой связи между абонентами (службы с накоплением) использующие системы промежуточного хранения (электронная, речевая или видеопочта) или обработки информации.

丨♦ Службы информационного поиска, обеспечивающие по запросу клиента поиск в различных банках данных и контентохранилищах.

Службы распределения информации (дистрибутивные службы) могут быть как с индивидуальным управлением со стороны пользователя, так и без него. Они могут обеспечивать рассылку контента неограниченному числу абонентов, имеющих право доступа к услуге, но неспособных менять состав рассылаемого контента. В случае управления распределением со стороны абонента, он может сам настраивать механизм доставки, включать или изменять информационные фильтры, влиять на время доставки.

Тил информации

Примеры служб

Применение

Диалоговые службы

Видеоизображение и поддержка звукового сопровождения

Видеотелефония

Соединение типа «точка—точка», обеспечивающее обмен абонентов симметричными информационными потоками, комбинирующими real time аудио и видео параллельно с передачей неподвижных изображений и документов

Видеоконференц-связь

Соединение типа «много точек—много точек», обеспечивающее для каждого из участников группы асимметричный обмен (1:п) информационными потоками, комбинирующими real time аудио и видео параллельно с передачей неподвижных изображений и документов

Видеонаблюдение

Охрана зданий и помещений с записью и хранением изображения при детектировании нештатной ситуации (например, движения в охраняемой зоне)

Интерактивное ТВ, VOD, VNOD

Формирование абонентом программ индивидуального вещания цифровых видеопотоков коммерческого качества

Звук и речь

VoIP, VoATM, VoFR, речевой вариант Web и т.п.

Цифровые речевые соединения в сетях пакетной коммутации

Интерактивное аудиовещание

Формирование абонентом программ индивидуального вшцания цифровых аудиопотоков коммерческого качества

Данные

Высокоскоростной обмен цифровой информацией

Формирование распределенных корпоративных сетей абонентов на основе объединения их локальных сетей в VPN, on-line переписка ICQ и т.п.

Передача файлов большого объема

Работа с FTP серверами, контентохранилкщамк и информационными депозитариями

Высокоскоростная телесигнализация и телеконтроль

Системы контроля и управления в реальном масштабе времени. Например, обеспечение работы робота в опасных для человека местах (луноход, робот-подрывник, робот МЧС или экологической службы) или дистанционное ведение боя и т.п.

Таблица 2 (продолжение)

Тип информации

Примеры служб

Применение

Документы

Обмен высококачественными изображениями

Профессиональные живопись или цифровые фотографии земной поверхности высокого разрешения в радио, инфракрасном и видимом диапазоне для экологических или метеорологических служб планеты; рентгеновские, тепловые или ультразвуковые изображения телемедицины и т.п.

Обмен документами

Обмен различными ги перевязанным и мультимедийными документами, технической и конструкторской документацией, юридическими или иными материалами

Служба обмена сообщениями

Мультимедиа контент

Почта

Электронный почтовый ящик аудио, видео, графических и текстовых документов

Служба информационного поиска

Гиперсвязанный мультимедиа контент

Медиатеки общего пользования

Услуги интерактивного и контекстуального поиска в контентохранилищах мультисервисной сети (например, поиск фонограмм в аудиотеке или видеоматериалов в видеотеке для обеспечения услуг VOD, VNOD и т.п.)

Информационно- 、 справочные системы

On-line и off-line консалтинг, услуги автоматического и мануального поиска произвольной информации

Распределительные службы, не упревляемые пользователем

Аудио

Радиовещание

Радиоинтернет

Видео

Телевещание

Web ТВ, IP TV, TV Broadcasting и т.п.

Гиперевязанные мультимедиа данные

Распределительные службы рассылки документов

Электронные периодические издания, новостные группы, информационное обеспеченна тотализаторов и биржевых торгов и т.п.

Распределительные службы, управляемые пользователем

Гиперсвязанные мультимедиа объекты

Дистанционное обучение, интерактивная дистрибуция информации

Заочное образование, переподготовка корпоративных кадрое, Web-серфинг, новости, е-коммерция и т.п.

Основные требованияк качеству обслуживания

Широкий диапазон скоростей информационных потоков различных служб мультисервисной сети, их существенно статистический характер и большое разнообразие сетевых конфигураций обуславливают высокую «пиковатость» трафика мультисервисных сетей. Причем внедрение каждой новой услуги ведет к усилению этого эффекта. По мере роста абонентской базы формируется статистический портрет трафика той или иной службы, что позволяет прогнозировать моменты пиковой нагрузки на мульти сервисную сеть, но не снимает проблемы балансировки нагрузки и обеспечения оговоренного качества услуг для всех абонентов мультисервисной сети.

Пульсирующий и случайный характер трафика обусловлен асимметрией информационных потоков мультимедиа приложений. Пиковатый и случайный характер трафика повышает вероятность перегрузок в узлах сети. Пульсации предусматривают перепады скорости информационных потоков, при которых отношение максимального значения к минимальной скорости составляет десятки раз. Борьба с перегрузками и их предотвращение Требуют резервирования сетевых ресурсов, которое обуславливает недогруженность каналов и использование лишь части их пропускной способности. Сети, использующие TDM, в основном ориентированы на симметричный трафик, что обуславливает низкую утилизацию каналов.

Наиболее эффективным методом повышения эффектавности использования канала, является статистическое уплотнение. Основная идея метода — оптимизация комбинации пакетов real time и non-real time потоков таким образом, что в моменты пиковой нагрузки доставкд более низкоприоритетных данных, не требующих гарантированного времени доставки, может быть приостановлена, пакеты таких потоков попадают в очереди, агрегирующие их в буферной памяти коммутаторов. Такое решение проблемы пиковатости позволяет достигнуть 95% утилизации канала (5% тратится на управление).

Обеспечение QoS услуг мультисервисной сети достигается за счет балансировки нагрузки в ней и оптимизации использования сетевых ресурсов. Любые управляющие воздействия на сеть обеспечивает система управления, но для обеспечения их эффективности необходимы критерии, выполнение которых гарантирует желаемый результат.

Семантическая прозрачность

Под семантической прозрачностью понимают способность сети обеспечивать доставку трафика из конца в конец сети с заданным качеством. То есть с приемлемым для соответствующей службы уровнем ошибок.

Типы ошибок и их количество во многом определяются способом передачи и физической природой канала. Ни одна система не является идеаль-

ной. В реальных каналах действуют искажения сигналов, замирания, шумы, различные помехи.

Помеховая обстановка в каждом из каналов определяет правильность приема информационного потока и уровень ошибок, обычно измеряемый как / уровень битовых ошибок (Bit Error Rate — BER), то есть отношение ошибочно принятых бит к числу правильно принятых. В цифровых сетях этот критерий оценивает качество физического канала, так как в основном определяется физической средой и, в меньшей степени (не более, чем на 20%), видом линейного кодирования или скремблирования.

В сетях с пакетной коммутацией, помимо BER используется вероятность приема ошибочного (искаженного) пакета (Packet Error Rate — PER).

Ошибки в пакетах ведут к различным последствиям в зависимости от природы их происхождения, определяемой техническими устройствами их порождающими. Наиболее вероятны два варианта исхода: потеря пакета при перегрузках или ошибках маршрутизации, характеризуемая своей вероятностью (Packet Loss Rate — PLR) или ошибка адресации (вставка в информационный поток ащтесата чужого пакета), характеризуемая Packet Insertion Rate (PIR).

Методы защиты от ошибокв мультисервисной сети

Если качество обслуживания абонентов не соответствует требуемому, определенному для оператора в клиентском договоре, то всегда существует возможность улучшить это качество путем использования соответствующих сквозных протоколов на транспортном уровне.

Можно применить методы кодирования, гарантирующие обнаружение и исправление ошибок заданной интенсивности и коррелированности (Forward Error Correction — FEC). Обычно такой подход применяется тогда, когда повторная передача пакета, в случае обнаружения его ошибочности, нежелательна из соображений конфиденциальности или выполнения требований по времени доставки. Такие методы кодирования основаны на введении дополнительной избыточности в битовый поток. Используются коды Хэмминга, Галлея, БЧХ, каскадные и другие алгоритмы, исправляющие ошибки различной кратности и характера группирования.

Обычно, применение кодирования повышает достоверность приема на 10...20%. В каналах с низким качеством физической среды (например, сети Х.25 с HDLC, использующие медные жилы, где необходимый уровень семантической прозрачности не гарантируется) применение кодирования малоэффективно. Поэтому, в целях удешевления и повышения суммарной производительности узлов сети, обслуживающих не критичные к такому решению приложения, применяется метод автоматического повторения передачи пакета в случае выявления его искажения (Automatic Repeat Request — ARQ).

Очевидно, что при низком качестве обслуживания многие пакеты будут потеряны и потребуется их повторная передача. В таком случае используется принцип окна, то есть метода фрагментации информационного потока при его сегментации и сборке на приемном конце. Размер окна — это количество пакетов, которое источник может передавать до получения подтверждения о том, что эта порция получена получателем ошибок. Управление размером окна позволяет не допускать передачи со скоростью, превышающей возможности системы. Применение механизма «скользящего окна» может привести к повторной передаче нормально принятых пакетов. Но возрастание объема трафика, обусловленное таким эффектом, связано с размером окна, что позволяет его прогнозировать.

При использовании оптоволоконной инфраструктуры качество физических каналов обычно не ниже 1010 BER. Поэтому отказ от проверки информационного поля пакета, в целях повышения производительности и минимизации цены узлов коммутации, оказывается оправдан.

В случае искажения информационного поля пакета, он будет доставлен получателю в искаженном виде либо отброшен по пути (в зависимости от требований сервиса), так как на канальном уровне контроль в узлах коммутации не ведется. Если же будет искажено управляющее поле, то, скорее всего, произойдет ошибка в поле идентификатора виртуального канала или пути, что ведет к неправильной идентификации поля адреса и направлению коммутатором узла такого пакета по неверному маршруту. Применительно к сетям ATM такой эффект называется размножением ошибок, вследствие репликации их от узла к узлу сети.

Возможно несколько алгоритмов решения проблемы размножения ошибок, обусловленных ошибкой идентификации адреса:

Не заниматься обнаружением и исправлением ошибок в управляющем поле пакета, что приведет к «вставкам» пакетов.

Обнаруживать и стирать пакет, а не исправлять ошибки в его управляющем поле, что ведет к потере информационного поля пакета.

Исправлять ошибки в заголовке.

Последний алгоритм редко применяется на практике, так как требует дополнительной избыточности и кодирования битового потока в реальном масштабе времени, что неприемлемо на высоких скоростях широкополосных сетей и ведет к неоправданному усложнению, а также удорожанию реализации,

Временная прозрачность

Под временной прозрачностью сети понимают гарантии времени и джиттера задержки, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания. При доставке мультимедиа контента, содержащего объекты, требующие отображения (воспроизведения) в реальном масштабе времени.

Отрезок времени между началом передачи пакета источником и завершением приема этого же пакета на приемном конце сети — называется временем задержки. Задержка является случайной величиной, так как все процессы в мультисервисной сети, как и в любой системе массового обслуживания, носят статистический характер. Случайность обусловлена тем, что: процессы пакетизации, распространения сигнала в i-ом звене, ожидания пакета в очереди и обработки его в коммутаторе случайны и обусловлены характером локальной нагрузки в каждой точке сети на маршруте следования пакета. Для упрощенного описания случайных процессов, плотность распределения которых близка к нормальному закону, используют первые два момента этого распределения, то есть математическое ожидание (среднее значение по представительной выборке) и среднеквадратичное отклонение от среднего значения или дисперсию. Второй параметр, то есть разброс случайных значений времени задержки называют джиттером.

Знание характеристик прозрачности сети позволяет устранить негативное влияние задержек доставки пакетов. Это достигается введением дополнительной задержки, гарантирующей, что все пакеты, принимаемые на абонентском конце, не нарушат последовательности их следования при депакетизации информационного потока и воспроизведении его в реальном времени из буфера оконечного терминала. В случае, если вероятность выхода джиттера за пределы дополнительной задержки выше заданной, возникает потеря порядка следования пакетов. Это может привести к неполноте или несвоевременности сборки информационного потока, например видео (зависанию или пропаданию изображения).

Выбор величины дополнительной задержки пакетов интерактивных, и особенно диалоговых, служб должен удовлетворять компромиссу взаимоисключающих требований:

с одной стороны, снижение вероятности потери пакетов за счет увеличения времени дополнительной задержки;

с другой стороны, увеличение времени задержки уподобляет процесс интерактивных взаимодействий файловому обмену. Это увеличивает размер буферизирующей памяти терминала, что крайне не желательно с точки зрения охраны авторских прав и защиты от несанкционированного копирования контента, а также усложняет реализацию гарантий по задержке пакетов.

В любом случае при внедрении интерактивных услуг широкополосного доступа оператору мультисервисной сети необходимо четко оговорить гарантированную временную прозрачность сети для соответствующей услуги с учетом ее приоритета и требований по качеству обслуживания.

Основные требования различных службк качеству обслуживания

Под качеством обслуживания QoS понимают гарантии того, что между сигналами на входе и выходе мультисервисн ой сети различие будет минимальным и не выше оговоренного в договоре на уровень обслуживания SLA. Например, процессы real time вещания очень критичны к джиттеру задержки пакетов, скорость их информационных потоков для обеспечения заданного качества не может быть ниже оговоренной. Такие службы называют изохронными, нуждающимися в постоянной скорости передачи (Constant Bit Rate — CBR). Вследствие однонаправленности информационного потока видеостриминга, время задержки менее пагубно влияет на качество таких приложений, нежели джиттер. В то же время, для дуплексных речевых соединений (передачи речи поверх сети с коммутацией пакетов, например, телефония) задержка не может превышать 25 мс. В случае, когда этот параметр не достижим, применяют специальные эхоподавители. Это позволяет увеличить задержку до 500 мс.

Вероятность возникновения ошибок не менее важна. Она также влияет на выбраковку пакетов того или иного приложения и в случае необходимости их повторения существенно увеличивает время задержки. Для каждой службы Европейским телекоммуникационным исследовательским центром (Research on Advanced Communication in Europe — RACE) определены npe^ дельно допустимые вероятности ошибок и время задержки (табл. 3).

Параметры качества для основных службТаблица 3

Служба

Р*ЕЯ

Ppu.

P«R

ЗАде|»кка, мс

Талефония

10-7

[0-3

10-3

25/500

Передача данных

10-7

IO'6

-10"

50 мс ...1000

Видеопотоки и вещание

10'6

1厂

1000

Аудиовещание

10'6

10'7

10々

1000

Распределенные СУБД

10-s

1О-3

炉

1000

Передача данных в сетях пакетной коммутации становится очень размытым понятием, объединяющим очень широкий спектр служб различного класса. Это приводит к сильному разбросу требований по времени задержки. Например, поддержание целостности и непротиворечивости распределенных баз данных в мулыисервисной сети может потребовать, исходя из эргономических требований, минимального времени задержки.

Несмотря на многообразие различных служб в мультисервисной сети, их классификацию можно провести по трем основным критериям:

Наличие временной зависимости качества услуги.

Наличие пульсаций скорости информационного потока, порождаемого услугой.

Режим установления соединения.

Эти критерии позволяют определить ключевые параметры качества для той или иной услуги и определить управляющие воздействия на мультисервис- ную сеть, которые позволяют гарантировать заданное качество этой услуги заказчику.

На рис. 5 показаны зависимости вероятности потерь пакетов (PPLR) от времени задержки доставки пакета, при нулевом значении поля, определяющего приоритет потери ячеек CLP = 0. Зависимости четко очерчивают область параметров качества, удовлетворяющую требованиям качества сразу для всех типов трафика. Вероятность потери пакета не должна превышать 10'8, а время задержки доставки пакетов должно лежать в интервале от 1 до 3 мс.

Помимо этого, сравнение областей допустимых значений параметров, гарантирующих качество услуг, позволяет сделать очень важный вывод. Общая для всех видов трафика область не превосходит "00^6% от области значений параметров, приемлемых для Интернет-трафика.

В отличие от корпоративных мультисервисных сетей, структура трафика мультисервисных сетей общего пользования операторского класса не устойчива. Она сильно зависит от потребительского спроса и номенклатуры услуг различных сетевых приложений. Доля приложений реального времени, определяющих основные статьи доходов оператора, существенно больше для мультисервисных сетей общего пользования. Помимо этого, анализ тенден-

р^ А

ю'1

О 10.313 ю 301003001000

Яис. 5- Границы требований к качеству обслуживания

ций развития широкополосных сетей показывает, что доля приложений реального времени будет неуклонно возрастать. Поэтому предлагаемое компанией Cisco, при проектировании мультисервисных сетей, обобщение статистики нагрузок, обусловленных транспортировкой Интернет-трафика на все виды услуг, применительно к решениям операторского класса не правомерно.

Распределенный характер маршрутизации пакетов дайтаграммной сети среды IP затрудняет гарантированную доставку трафика услуг реального времени. Этим обуславливается не оптимальное использование коммутационных ресурсов узлов IP-коммутации, обслуживающих мультисервисный трафик, структура которого содержит большую долю (более яескольких ироцентов) услуг реального времени.

Проверка соответствия трафикаи механизмы QoS

Классификация приложений по характеру трафика требует группирования информационных потоков («окраски» трафика), определения критериев качества для каждого класса приложений и набора контролируемых параметров. Определение спецификаций приемлемых показателей качества информационных потоков, гарантирующих качество предоставляемых услуг, позволяет описать каждый《оттенок» структурированного трафика*

Практически для каждого информационного потока абонента должны быть определены критерии качества предоставляемой услуги, отражаемые в абонентском договоре. Абонентский договор определяет взаимные обязательства оператора и абонента, определяющие порядок предоставления услуг и схему взаиморасчетов. Обычно в абонентском договоре оговариваются:

Параметры трафика, определяющие характеристики информационного потока.

Тип соединения или метод доставки информационных потоков абонента по каждому виду заказанных абонентом услуг.

Конкретные значения контролируемых параметров качества обслуживания, гарантируемые оператором мультисервисной сети для каждого типа информационных потоков абонента.

Правила проверки соответствия между реальными и заданными значениями параметров качества предоставляемой услуги.

Порядок тарификации услуг и схема взаимных расчетов между оператором мультисервисной сети и абонентом.

Допустимые штрафные санкции для каждой из сторон при нарушении противной стороной своих обязательств.

Процедура проверки качества предоставляемых услуг должна быть четко регламентирована и согласована участниками абонентского договора. Лю-

бая неопределенность может быть неверно истолкована, что обычно вызывает конфликтные ситуации.

Контроль качества предоставляемых услуг необходимо обеспечить в точке передачи оператором ответственности за качество услуг абоненту, то есть на приемном конце абонента. В любом другом случае, может возникнуть неконтролируемая часть маршрута доставки информационного потока с неопределенной ответственностью за качество его доставки. Такая ситуация недопустима для любого оператора, так как в лучшем случае это может привести к потере имиджа фирмы и, как следствие, снижению темпов роста абонентской базы, в худшем может обернуться финансовыми потерями в виде неустоек абонентам за упущенную коммерческую выгоду и потерей уже существующих клиентов.

Порядок тарификации и количественного исчисления объема предоставленных услуг может быть различен для информационных потоков разных «от- тенков». Для приложений, использующих информационные потоки реального времени, ключевым критерием качества становится не столько минимизация ошибок и потерь отдельных пакетов, сколько своевременность их доставки на абонентское окончание. Ужесточение критериев качества таких информационных потоков с одной стороны и тарификация времени сеанса или просто самого факта его предоставления, делает не целесообразной т^)ификдцию абонентских услуг на основе измерений, проводимых на абонентском окончании. Трафик такого рода наиболее эффективно учитывается сервером соответствующего приложения. Во избежание разногласий во взаиморасчетах между оператором и абонентом процедура тарификации должна быть четко определена по каждой из предоставляемых абоненту услуг.

QoS в сетях ATM

В сетях ATM, использующих централизованные адаптивные методы управления, предусмотрены пять категсфий услуг:

Constant Bit Rate — CBR. Услуги выделения виртуального канала с фиксированной пропускной способностью. Основное требование по соблюдению качества ——это предельно малая допустимая задержка при передаче данных. Услуги этого класса обычно пользуются максимальным приоритетом, так как имеют сильную зависимость качества от времени задержки доставки пакетов (речевые услуги, аудио- или видеовещание, и т.п.)-

Real-time Variable Bit Rate — rt-VBR, Услуги ввделения канала с пропускной способностью в пределах коридора (минимум—максимум) для передачи трафика в режиме реального времени. Качество услуг также очень чувствительно ко времени задержки доставки пакетов, поэтому основные требования остаются аналогичными CBR, но различие про-

пускной способности абонентских терминалов требует переменной скорости доставки пакетов от источника (аудио- или ввдеостриминг).

Non Real-time Variable Bit Rate — nrt*VBR. Услуги с переменной скоростью доставки пакетов, не существенно зависящие от времени задержки доставки пакетов. Качество услуг данного класса допускает глубокое применение метода статистического уплотнения, так как слабо зависит от величины временной задержки. Несмотря на пульсирующий характер трафика, скорости информационного потока, хорошо прогнозируемы (например, по времени суток, как для сетей Frame Relay over ATM) и позволяют вычислить гарантированную среднестатистическую нагрузку каналов.

Available Bit Rate — ABR. Услуги предоставления части физического канала, оставшейся невостребованной, причем при установлении соединения приложение задает максимальную и минимальную скорости передачи. Приложения, использующие такой тип SLA, могут подстраивать скорость информационных потоков под доступную полосу пропускания в зависимости от складывающейся обстановки. Система управления использует динамическую информацию о состоянии сети для оптимизации и баланса нагрузки в сети, варьируя доступной полосой пропускания для виртуальных каналов этих соединений. При этом оператор гарантирует минимальную пропускную способность таких виртуальных каналов. Трафик такого рода характерен для взаимодействия локальных вычислительных сетей корпораций (LAN interconnection).

Unspecified Bit Rate — UBR. Это самый низкоприоритетный тип трафика. Он не используют механизм QoS и не контролируют ни один из его параметров. Соединение не предусматривает гарантированного предоставления пользователю какой-либо полосы пропускания. Скорость информационного потока не определена и не гарантирована — все зависит от того, имеется ли возможность предоставления пользователю какого-либо канала. UBR можно описать так： «Послал и молись, чтобы дошло». В целях повышения эффективности системы QoS при проектировании сети целесообразно ограничить количество доступных UBR-соединений, так как они сокращают достухшые для меха^ низмов обеспечения QoS ресурсы узлов ATM.

UBR+ — модифицированный не специфицированный режим UBR, дополненный функцией Intelligent Packet Discard. Это очень существенное дополнение позволяет при потере ячейки (например, при перегрузке) не передавать оставшиеся ячейки из этого же пакета (кроме последней ячейки пакета), так как пакет уже не подлежит восстановлению. Данная операция особенно важна при использовании такого низкоприоритетного режима, как UBR. Следовательно, применение UBR+ позволяет разгрузить физические каналы ATM.

Каждая категория услуг характеризует свои требования к контролю параметров QoS и свою наиболее оптимальную область применения. Неверная классификация услуг мулыисервисной сети может привести к неверной настройке виртуальных соединений для доступа к ней абонентов, что неизбежно пагубно отражается на качестве услуг и спросе на них. В табл. 4 приведены соответствия примеров конфетных приложений и категорий услуг.

Связь приложений и категорий QoSТаблица 4

Приложение

Категории QoS

CBR

rt-VRT

nrt-VRT

ABR

UBR

Передача данных особой важности

отлично

отлично

отлично

плохо

плохо

Объединение LAN

плохо

плохо

ОТЛИЧНО

отлично

отлично

Межсетевые взаимодействия (FRt SMOS и т.п.)

плохо

плохо

отлично

отлично

терпимо

1Р>сервисы

плохо

плохо

терпимо

отлично

отлично

Компрессированное видео (MPEG-1,2. 3, 4)

плохо

отлично

терпимо

терпимо

плохо

Интерактивные мультимедиа взаимодайстаия

отлично

отлично

терпимо

терпимо

плохо

Эмуляция каналов синхронной иерархии CES

отлично

терпимо

плохо

плохо

плохо

Как видно из табл. 4 услуги, связанные с доставкой данных особой важности, мультимедийных и ауцио/ввдеопотоков, плохо совместимы с задачами межсетевых взаимодействий. Именно этим обусловлено то, что большинство проектов по внедрению услуг широкополосного доступа для частных клиентов с предоставлением услуг речевых приложений и аудио/видеостриминга, оказались успешными в среде ATM, В то время как в среде Ethernet эти приложения столкнулись с определенными сложностями реализации.

В корпоративном же секторе рынка, где наиболее важны различные формы межсетевых взаимодействий, бесспорным лидером являются сети IP.

QoS в сетях IP over Ethernet

Для среды Ethernet также сделана попытка определить классы QoS и соотнести их ATM QoS, нашедшая отражение в проекте документа ITU-T Y.1541. В этом документе отражены результаты исследований по анализу реализуемости IP-сетей общего пользования с гарантиями обеспечения качества.

Протяженность экспериментальной сети составляла 27500 км. При этом собиралась статистика по времени (IPTD) и джиттеру (IPDV) задержки

Определения /Р QoSТаблица 5.

Параметры

Критерий

Требований по умолчанию

Категории QoS

Потоки с высоким приоритетом

Иитерактивиые приложения

Не интерактивные приложения

Без контроля параметров

IPTD

Прим.6

нет

150 мс

400 мс

1 с

нет

IPDV

ю-4

Прим. 1

нет

50 мс Прим. 4

50 мс Прим.4

1 с Прим. 3

нет

IPLR

Потеря пакетов

нет

ю-3

Прим. 2

ICT3

Прим. 2, 5

КГ®

нет

IPER

Регистр, макс.

10^* Прим. 7

По умолчанию

Пс умолчанию

По умолчвнию

нет

прихода пакетов, количеству потерянных пакетов (IPLR), вероятностям приема ошибочных пакетов, не исправленных на канальном уровне.

Приведенные в табл. 5 данные были приведены с учетом следующих предпосылок:

Определение реального значения джиттера задержки доставки пакетов IPDV еще не завершено. Оно существенно зависит от времени задержки, определяемого; перегрузками в сети (высокочастотные колебания), протеканием процессов TCP (низкочастотные тренды), периодической и апериодической корреляцией средней нагрузки в сети (низкочастотные тренды) и эффектами ремаршругизации, приводящими к существенным изменениям значения IPTD. Значения IPDV исчислялись на основе репрезентативной вь^орки, обеспечивающей 95% достоверность оценки по формуле IPDV = IPTD^ — IPTDmin.

Критерием для определения параметров качества для сервисов интерактивного класса явилось то, что высококачественные речевые приложения и речевые кодеки способны работать на уровне 10-3 IPLR.

Такие временные параметры качества достижимы в режиме соединений IPoATM. Поэтому, учитывая разницу в размере пакетов, используемых в ATM (53 байта) и IP (минимум 512 байт для гигабитных каналов), эти параметры могут быть пересчитаны в CTD и CDV. Например, при CER = 4 • 10* соотношение уровня потерь пакетов между ATM и IP для интерактивных приложений CLR = 3 • 10*7 соответствует IPLR = 4,3 * 10-6, а для не интерактивных приложений CLR = 10-5 соответствует IPLR — 1,4 • 10-5.

Значение IPDV еще не четко определено и во многом определяется межсетевыми взаимодействиями при транспортировке трафика. Исходя из требований приложений реального времени, его желательно максимально сокращать.

Любое приложение этого класса, использующее ввдеопотоки в формате MPEG-2, требует IPLR < 10'5. Это замечание показывает не реализуемость услуг типа VOD или VNOD на IP-сети уровня WAN/MAN, так как разница в два порядка между требуемым и достижимым качеством услуг лишает эти приложения какой-либо коммерческой значимости.

Строгость требований по времени задержки доставки пакетов зависит от архитектуры и топологии сети (для модемных соединений этот параметр может быть больше), а для ATM-сетей в режиме IPoATM время задержки в IP-сети для национального сегмента ATM не пре* восходит IPTD < 27,4 мс, а из конца в конец сети IPTD = 400 мс.

Величина IPER была определена для режима IPoATM и предполагав ет, что потеря пакетов обусловлена ошибками взаимодействий более высокого уровня сетевой модели ISO/OSI.

Основу для выработки параметров качества IP QoS на физическом уровне и расчета дистанции составлял G.8326. При этом IPER просто транспонировался на уровень IP в сетевой модели ISO/OSI. Вероятность повреждения пакетов для каждого из уровней сетевой модели ISO/OSI возрастает по мере увеличения сложности и протяженности сети. Сложность сети влияет на увеличение про* цессинга по мёфшругизации и по обработке запросов, а также в связи с Пересе- чением юридических границ зон ответственности различных операторов.

Включение в сетевую инфраструктуру спутниковых каналов — предмет бу* дущих исследований, но предполагается, что, исходя из специфики интерактивных приложений IP-сети, ни один из ее маршрутов не будет содер- жать более одного скачка.

2.5. Механизмы обеспечения QoS

Совокупность контролируемых параметров информационного потока гарантирует соответствие между реальными параметрами качества и заданными. Заданные параметры определяют допустимые алгоритмы его маршрутизации и необходимый объем сетевых ресурсов. Оператор может использовать различные механизмы управления сетевыми ресурсами, обеспечивающие необходимый уровень QoS. Эти механизмы зависят от концепции построения системы управления мультисервисной сети и особенностей оборудования, используемого в узлах коммутации магистральной сети.

Механизмы обеспечения качества абонентского обслуживания по транспортировке трафика в мультисервисной сети QoS могут реализовываться как на канальном (2-й уровень сетевой модели), так и на сетевом (3-й уровень модели) уровне модели ISO/OSI:

МехаййзМ QbS канального уровня ATM.

Механизмы Q6S канального уровня коммутируемой сети Ethernet, основанные на классификации и приоритезации информационных потоков.

MPLS (multiprotocol label switching), повышающий эффективность прохождения трафика за счет упрощения процессов маршрутизации с помощью Internet Gateway Protocols (IGP), за счет определения наикратчайшего маршрута Open Shortest Path First (OSPF) или с помощью взаимодействия посреднических сетевых систем intermediate system-to-intermediate system (IS-IS). Механизм MPLS может быть применен для обеспечения QoS как в среде Ethernet, так и в среде ATM.

В любом случае, управляющие воздействия системы управления по обеспечению QoS сводятся к структурированию информационных потоков и определению алгоритмов обработки каждого《оттенка» трафика в узлах коммутации. Производительность узлов коммутации всегда конечна, но она может быть распределена между типами трафика. Распределение ресурсов узлов коммутации производится с помощью различных алгоритмов буферизации памяти и назначения приоритетов для организации очередей пакетов и определения порядка их обработки.

Навигация информационных потоковв мультисервисной сети

Качество услуг мультисервисной сети должно обеспечиваться на всем ее протяжении в пределах границ зоны ответственности оператора, иными словами, вплоть до абонентского порта в сетевом окончании. Мультисер- висность сети достигается конвергенцией разнородных технологий, образующих прозрачную для абонента сетевую среду транспсфтировки трафика, которая на самом деле состоит из разнородных сегментов. Каждый из таких сегментов мультисервисной сети, в зависимости от поддерживаемых протоколов, имеет свою управляемость и свои характеристики каналов.

Система управления обеспечивает установление, контроль и разъединение соединений. Она реализует все функции сигнализации (за исключением метасигнализации), а также обеспечивает систему адресации и маршрутизации трафика. Все эти процессы явно или косвенно влияют на качество предоставляемых услуг.

Для установления логического соединения из конца в конец сети необходимо иметь уникальные адреса для всех узлов и абонентских окончаний сети и проложить, руководствуясь >фитериями качества обслуживания, маршрут доставки соответствующего информационного потока.

Адресация. При построении системы адресации необходимо, чтобы она удовлетворяла следующим основным требованиям:

Уникальность адреса.

Автоматизация процесса распределения и назначения адресов.

Эффективное использование адресного пространства.

Легкость внесения изменений в адрес.

Масштабируемость адресного пространства.

В мультисервисных сетях адресация строится по схожим принципам и исполь- зует иерархическую адресацию, что упрощает навигацию по дереву целей:

Абонентский адрес.

Адрес узла агрегирования доступа.

Адрес подсети (например, региональной).

Адрес сети оператора (национальный код назначения).

Адрес страны (международный адрес).

Различные технологии несколько по-разному обрабатывают эти адресные поля, иногда объединяя некоторые из них в общее адресное поле. Согла- сование систем адресации — это процесс трансляции адресов подсети с од* ной технологией в адреса другой подсети. При этом обе подсети объединяются общей телекоммуникационной инфраструктурой мультисервисной сети, что позволяет обеспечить сквозную маршрутизацию трафика из конца в конец сети.

Маршрутизация является важнейшей функцией сетевого уровня. Одним из основных требований к маршрутизации является робастность (надежность) ее алгоритма. Алгоритм должен быть гибким для учета противоречивых факторов, определяющих качество обслуживания, и достаточно простым для достижения производительности, достаточной для обеспечения функций маршрутизации, управления потоками и защиты от перегрузок.

Возможны две стратегии маршрутизации в цифровых сетях. Они зависят от алгоритма обработки последовательности пакетов, применяемого каждым из узлов по мере продвижения информационного потока по сети: централизованная или децентрализованная (распределенная).

При централизации функции управления закрепляются за одним узлом сети, который содержит базу данных, полностью описывающую текущее состояние сети. При распределенной маршрутизации каждый узел самостоятельно выбирает маршрут передачи (переадресации с порта на порт) на основе собственной информацией.

При распределенной маршрутизации пакеты с одним и тем же адресом, вследствие нерегулируемой пульсаций нагрузки в узлах сети, могут следовать разными маршрутами, при этом узел назначения или сам адресат восстанавливает правильную последовательность пакетов. В случае выхода из строя одного из узлов сети, будут потеряны лишь те пакеты, которые находились в очереди этого узла, так как все пакеты передавались независимо от остальных. Сети, построенные по таким принципам маршрутизации, называют дейтаграммными, так как сами пакеты (данные) содержат, в своих заголовках, информацию для выбора маршрута.

С другой стороны, информационный поток пакетов, гк^ювденный тем или иным приложением, однороден по своим требованиям к качеству передачи, что позволяет зарезервировать необходимые сетевые ресурсы для него во всех узлах сети на время сеанса, называемого виртуальным сетевым соеданением или виртуальным каналом. Маршрутизация по этому методу требует информации о всех узлах, участвующих в прокладке маршрута, и их настройке на соответствующее логическое соединение. После установления маршрута пакеты не нуждаются в «подорожной» в маршрутизации, так как для их переадресации в узлах сети достаточно идентификатора установленного виртуального соединения. Такой подход использует априорную информацию о услуге и щфесате и минимизирует операции по приему решений о переадресации в узлах сети. При этом виртуальный канал не тождественен выделенному каналу, так как в случае возникновения перегрузок в узлах сети, пакеты не будут потеряны (до определенного уровня перегрузки), а поместятся во входные и выходные буферы.

Очевидно, что первый подход хорош для коротких сеансов, когда время установления маршрута соизмеримо с длительностью сессии, когда требуется высокая гибкость маршрутизации, за счет минимизации организационной фазы, а второй дает ощутимый выигрыш, когда сессия носит длительный характер (например, услуга видеостриминга). Помимо этого, во втором случае сеть может поддерживать ряд служб, контекстуально связывая их с виртуалшыми каналами, включая порядок следования, контроль ошибок и контроль потока. Существенно легче поддерживается правильный порядок следования, так как маршрут ——общий. Контроль ошибок, в случае выявления опшбки, если это необходимо, четко знает источник ошибочного пакета и может послать запрос на его повторную передачу. Служба контроля потока регламентирует соединение и не позволяет завалить получателя «кипой» информации (например, удаленная сетевая атака типа отказ в обслуживании DoS). В отличие дейтаграмнного подхода, легко ремаршрутизирующего трафик в случае отказа одного из узлов сети, выход из строя узла, входящего в виртуальное соединение, требует предустановки альтернативных маршрутов для данного канала. В противном случае соединение будет разорвано, что существенно повышает требования по надежности и отказоустойчивости оборудования сети.

В зависимости от используемой информации о структуре и состоянии сети, ее пропускной способности и интенсивности трафика алгоритмы маршрутизации делятся на:

адаптивные (динамические), использующие текущую информацию о состоянии сети и ее элементов;

尸 фиксированные (статические), работающие с заранее заданными предустановками информацией и маршрутными таблицами;

квазистатические (с медленно изменяющимися параметрами), использующие совокупности локальных маршрутных таблиц узлов коммутации, содержание которых может корректироваться при устойчивом в течении заданного времени изменении нагрузки, выходе из строя сетевых элементов и изменении топологии сети.

В случае централизованного адаптивного управления маршрутизацией, использующего базу данных управления сетью, есть возможность сбалансировать нагрузку на всем протяжении маршрута. Балансировка проводится таким 'образом, чтобы гарантировать заданные параметры качества обслуживания виртуального соединения из конца в конец сети, а в случае отсутствия необходимых ресурсов заранее отказать в обслуживании. Последнее обстоятельство особенно важно в случае динамичного формирования сетевой структуры и интенсивности трафика при непрерывном расширении спектра услуг мультисервисной сети. Неудобство такой стратегии заключается в ориентации на соединение, которое должно быть установлено или предустановлено (выделенный виртуальный канал) для предоставления соответствующей услуги. Процедура анализа сети и прокладки виртуального соединения требует определенных затрат времени. Зато эта процедура освобождает узлы коммутации от избыточных затрат на обработку пакетов для их маршрутизации и гарантирует заданное качество любых услуг, предоставляемых в мультисервисной сети.

Статические и квазистйтические алгоритмы, обычно используют распределенную маршрутизацию и эффективны в случае установившейся или медленно меняющейся структуры и объема трафика, так как в этом случае медленная предустановка маршрутов легко осуществима. Отсутствие или неполнота информации о балансе нагрузки в сети, которые характерны для этих алгоритмов, обуславливают сл^ую предсказуемость перегрузок в узлах сети, что требует для достижения гарантий качества предоставляемых услуг большего, чем в адаптивном и централизованном варианте, технического запаса пропускной способности.

Механизмы обеспечения QoS в ATM

Механизмы контроля качества технологии ATM основаны на установлении виртуального соединения для каждого информационного потока пользователя. Каждое соединение характеризуется своим идентификатором, типом («оттенком») информационного потока, приоритетом потерь ячейки (признаком временной зависимости потока) и информацией о нагрузке на оконечном устройстве абонента.

Контролируемые параметры трафика, гарантирующие качество услуг, должны носить не вероятностный характер, требующий представительной выборки случайного процесса, а иметь конкретную физическую сущность и быть измеряемыми в любой момент времени. Поэтому для ATM определены следующие контролируемые параметры качества соединения:

Пиковая скорость Peak Cell Rate — PCR, то есть число транспортируемых в единицу времени ячеек.

Поддерживаемая (средняя реально достигнутая) скорость Sustainable Cell Rate — SCR. Причем соотношение SCR < PCR выполняется всегда.

Допустимый разброс значений времени задержки в секундах.

Максимальный размер (длина, исчисляемая в ячейках) пачки Maximum Burst Size — MBS.

В ATM-сетях контролируемые параметры трафика измеряются с помощью специального алгоритма буферизации и формирования очередей, называемого Leaky Bucket (метод《дырявого» ведра). С помощью этого алгоритма контролируемые параметры трафика могут быть определены и заданы либо управ- -тяющим воздействием при установлении виртуального соединения, либо по умолчанию. Контролируемые параметры позволяют определить необходимую «глубину ведер» (размер буферной памяти), соответствующей очереди и скорость вытекания из них трафика. Для информационных потоков, особо критичных к потере ячеек, формируется структурированный буфер «два ведра».

Алгоритм Leaky Bucket обеспечивает гибкое конфигурирование буферной памяти узлов коммутации, предусматривающее 6 различных алгоритмов обработки пакетов в зависимости от специфики информационного потока. На основе этого алгоритма можно определить два основных класса управляющих воздействий при перегрузке в узле коммутации:

Маркировка избыточного трафика (сортировка пакетов по приоритету потерь и условный сброс наименее важных). Трафик гибко сбрасывается только в случае возникновения перегр^ки в узлах сети по маршруту следования информационного потока.

«Жесткие» методы контроля и безусловного с^оса избыточного трафика после его обнаружения;

Существуют различные схемы контроля качества, реализующие механизмы: «прыгающего окна», «скользящего окна», проверки «кредита», и т.п. Большинство контрольных схем не в состоянии четко различить избыточный и нормальный трафик. Поэтому, по сразнению с жесткими мерами борьбы с перегрузками в узлах коммутации, маркировка трафика более предпочтительна. Приоритет потери ячейки сообщает коммутатору, может ли ячейка быть задержана для пропуска более приоритетного трафика или удалена из сета.

Возможны различные стратегии буферизации трафика при пользовании приоритетами потерь ячеек:

Общий буфер с выталкиванием низкоприоритетных пакетов пакетами с высоким приоритетом.

Раздельные буферы для каждого приоритета.

Частичное разделение буфера по определенному предикату (условию сортировки и сброса низкоприоритетных пакетов, допускаемых к буферизации по остаточному гтринципу).

Традиционные механизмы обеспеченияQoS в сетях Ethernet

Современный Интернет основан на системе доставки по принципу «Наилучшей попытки» (Best Effort ——BE), реализуемому в технологии ATM классом информационных потоков ABR. В среде IP услуги BE реализуют обра- ботку запросов по принципу «первым пришел — первым ушел» first-in first-out (FIFO) и работу выходных буферов узлов сети по принципу «последний пришел — первый ушел» (last-in first-dropped). Не существует механизма, гарантирующего отдельным пакетам более высокий приоритет по сравнению с остальными. К тому же, когда очередь превышает размер буфера, не существует методов обхода потери пакетов, принадлежащих отдельным информационным потокам. Данная ситуация усугубится, если, пренебрегая опасностью перегрузки, захватывается большая полоса пропускания, нежели минимально необходима для гарантии качества транспортировки информационного потока, что серьезно отражается на качестве доставке остального трафика.

Таким образом, не существует возможности определить исполнение запросов для предустановок всех разновидностей структурирования («окраски») трафика (каждого информационного потока, каждого класса потоков, каждого типа трафика и т.п.). Узлы сети могут обходиться только общими предустановками для всего трафика.

Мультимедийные приложения реального времени реструктурировали современные информационные потоки и изменили требования к характеристикам сети. Процессы как транспортного, так и прикладного уровня непрерывно конкурируют за один и тот же сетевой ресурс — полосу пропускания. Необходимость арбитража и адаптивного перераспределения сетевых ресурсов требует привнесения в телекоммуникационную инфраструктуру интеллекта, руководствующегося в принятии решений критериями QoS.

В среде IP существует два механизма:

Абсолютный механизм QoS, резервирующий ресурсы узлов сетевой инфраструктуры из Конца в конец и гарантирующий соответствие параметров трафика. Каждый информационный поток нуждается в резервировании ресурсов, гарантирующих качество его транспортировки. Информационный поток эквивалентен пяти типам идентификаторов: транспортный протокол, адрес и порт источника, адрес и порт получателя.

Релевантный (относительный или сравнительный) механизм QoS, основанный на структурировании информационных потоков с помощью приоритетов, позволяющих агрегировать информационные потоки с близкими требованиями к качеству в ограниченный набор классов (CoS), которые делят сетевые ресурсы между собой в соответствии с назначенным им приоритетом. При этом каждый пакет

имеет поле принадлежности к тому или иному классу, которое содержит признак алгоритма прохождения через узлы магистральной сети трафика данного типа.

Для IP среды существуют две основных модели организации QoS при дай- таграммной маршрутизации трафика в сети: Integrated Services (IntServ) и Differentiated Services (DifIServ).

IntServ использует протокол Resource Reservation Protocol (RSVP). RSVP является протоколом сигнализации, который может использоваться как в обычном режиме, так и в режиме инкапсуляции в заголовок User Data Protocol (UDP). RSVP используется с потоками пакетов как Transmission Control Protocol (TCP), так и UDP для резервирования сетевых ресурсов между уполномоченными RSVP узлами. Он призван обеспечить необходимое качество обслуживания real-time приложений.

Оконечный узел на основе протокола RSVP запрашивает у сети необходимое для соответствующего приложения качество обслуживания. Качество обслуживания нуждается в определенных ресурсах (объем буферного пространства, полоса пропускания и т.п.) на каждом узле коммутации, включаемом в маршрут следования пакетов. RSVP переносит запрос на соответствующие ресурсы от узла к узлу по мере прокладки маршрута.

Процесс резервирования ресурсов соответствующего узла: специальная программа ——демон RSVP ——обращается к двум модулям принятия решения: модулю управления доступом и административному. Управление доступом необходимо для определения наличия на соответствующем узле необходимых для обеспечения QoS ресурсов. Административный модуль должен проверить наличие прав на резервирование у конечного узла. При отрицательном исходе любой из проверок RSVP возвращает на удаленный запрашивающий узел уведомление об ошибке, означающее отказ в маршрутизации данного информационного потока. Если обе проверки дали положительный ответ, то RSVP устанавливает в соответствии с запросом параметры гарантии качества в классификаторе пакетов — модуле, различающем《окраску» трафика, а также в планировщике пакетов, определяющем порядок следования пакетов, обеспечивающий заданную полосу пропускания.

Одно из основных достоинств RSVP — это масштабируемость до очень больших групп с многоадресной доставкой пакетов. Он использует ориентированные на приемный узел запросы, которые сливаются по мере их прохождения по многоадресному дереву. При этом запрос на резервирование посылает не узел, собирающийся вести многоадресную трансляцию, а каждый из узлов-получателей. Такая схема позволяет отказаться от следования сигнала резервирования из конца в конец сети и ограничить его маршрут ближайшим узлом, в котором сливаются подобные сигналы других ветвей.

RSVP разработан с целью увеличения надежности существующих алгоритмов маршрутизации в Internet. Он не реализует собственную маршрутиза-

цию, а использует лежащие в его основе протоколы маршрутизации для определения параметров передачи зарезервированного потока данных. В случае ремаршрутизации транспсфтировки информационных потоков в результате адаптации маршрутизаторов сети к изменяющейся топологии сети, RSVP привязывает свои резервирования к новым путям независимо от того, действует ли уже данное резервирование или нет.

Очевидно, что алгоритм RSVP наиболее эффективен для многоадресных приложений, то есть систем группового вещания (video broadcasting или video near on demand VNOD) в дайтаграммных сетях, В то время как для VOD- или VoIP-приложений он аналогичен по сложности прокладке виртуального соединения в ATM.

Помимо трафика типа BE IntServ поддерживается еще два класса: контролируемой нагрузки controlled load (CL) и гарантирования услуги guaranteed service (GS). Контролируемая нагрузка — CL — предлагает малое время задержки доставки пакетов и оговоренный уровень потерь пакетов. При этом оператору необходимо определить допустимые значения задержки и потерь. Гарантия услуги GS предназначена для приложений реального времени, опираясь на допустимые значения задержки доставки пакетов и отсутствие потерь.

Большинство программных модулей, таких как модули сигнализации, включены в ПО маршрутизаторов, а некоторые функции добавлены в модуль переноса трафика, как его расширение.

Приложения, не относящиеся к классам CL и GS, не могут повлиять на резервирование полосы пропускания для этих классов, так как они довольствуются услугами типа BE.

Узлы сети проектируются таким образом, чтобы гарантировать возможность реализации множественности очередей на одном выходном порте в комбинации с планированием и активным управлением буферной памятью, обеспечивающей очереди.

Возможны следующие механизмы управления:

Взвешивание всех очередей — Weighted fair queuing (WFQ)* Для каждой очереди назначается вес, который определяет, каким образом очереди распределяют полосу пропускания.

Случайное распределение полосы с ранним обнаружением переполнений ——Random early detection (RED), при котором каждая очередь имеет свою собственную политику предотвращения переполнений. Политика предотвращения переполнений определяет действия для предотвращения переполнения очереди и потерь пакетов. Например, снижения скорости информационного потока того или иного источника. В гфотивоположносгь алгоритму «последний пришел — первый ушел», RED избавлен от необходимости синхронизации источников TCP. Совокупность RED с вводом/выводом (RIO) и взвешенным вариан

та

том раннего обнаружения переполнений (WRED), аналогичны механизмам, которые используют приоритеты при выработке политики предотвращения переполнения. Данная схема известна так же как N-RED, то есть применение различных алгоритмов распределения по случайному закону полосы пропускания RED в одном и том же устройстве (где N — число алгоритмов).

Использование IntServ/RSVP может обеспечить гарантии абсолютной схемы QoS, при которой, для обеспечения абсолютных гарантий, ресурсы узлов сети резервируются из конца в конец сети. Однако, некоторая слабость RSVP, обусловленная необходимостью обработки пакетов в каждом узле маршрута, предшествующей установлению соединения, сдерживает его широкое распространение. Обработка включает:

сигнализацию из конца в конец сети;

идентификацию информационных потоков;

трассировку и гарантии резервирования ресурсов;

политику управления трафиком при резервировании пропускной способности узлов;

планирование транспортировки трафика в соответствии с требуемым качеством.

Это особенно важно при большом количестве мультимедийных информационных потоков, которое достигает у некоторых сервис-провайдеров США, использующих каналы ОС-192, нескольких миллионов.

Многие приложения нуждаются в QoS, но не имеют возможности получить необходимые гарантии с помощью IntServ. До 50% транзакций Internet имеют длительность всего несколько секунд, что приводит к тому, что процесс резервирования ресурсов для них существенно превышает приемлемое время ожидания.

Качество краткосрочных транзакций Internet более эффективно обеспечивается относительной схемой QoS.

DiffServ Differentiated Services (DiffServ или просто DS) обеспечивает простой, но грубый, метод структурирования трафика по классам сервиса CoS с соответствующими приоритетами. Он использует поле типа сервиса в заголовке IP-пакета, называемое DS byte, для определения алгоритма его транспортировки от узла к узлу сети. Такая схема, в отличие от IntServ, не требует затрат времени на предустановку параметров транспортировки трафика по маршруту следования информационного потока.

Согласно дайтаграммным принципам построения сети, DiffServ транспортирует информацию QoS в каждом пакете, агрегируя все информационные по- ■пжи в ограниченное число (максимум 64) классов. Пока стандартизовано только число классов, агрегирующих информационные потоки в группы, различающиеся по алгоритмам транспортировки трафика perh^ behavior (РНВ).

Вопросы расщепления трафика пока не определены. Помимо алгоритаа BE, DiffServ предусматривает еще два варианта алгоритмов: ускоренная транспор- тировка Expedited Forwarding (Ef), уверенная доставка Assured /brwarding (AF).

Ускоренная транспортировка EF предусматривает малые потери, низкую латентность и малый джиттер для информационных потоков этой группы. Этот алгоритм применим для приложений Internet-телефонии, видеоконференций или услуг виртуальных выделенных каналов. Уверенная доставка AF объединяет абонентов, нуждающихся в предсказуемых услугах с постоянной скоростью доставки. Степень предсказуемости должна быть определена в каждом конкретном случае. В рамках каждого класса AF, могут быть предусмотрены три уровня процедур предотвращения переполнений.

Принадлежность к тому или иному классу обслуживания определяется значением DiffServ code point (DSCP), содержащимся в заголовке пакета. В каждом маршрутизаторе пакеты обрабатываются в соответствии с алгоритмом транспортировки, определяемым классом CoS, На сегодняшний день стандартизовано 14 DSCP.

В узлах коммутации/маршрутизации информационных потоков логично каждый класс представить своей очередью, механизмы работы, которых аналогичны применяемым в IntServ (WFQ, WRED и т.п.).

Оснорное достоинство DiffServ — это его масштабируемость, так как отсутствует необходимость устанавливать параметры транспортировки для каждого из информационных потоков, группируемых в классы таким образом, чтобы суммарная информация о состоянии узлов сета объединяла разрозненные описания пропорционально числу классов.

DiffServ не способен маршрутизировать пакеты, просто игнорируя значение DSCP в их заголовках, и обрабатывать пакеты по алгоритму BE.

Новая концепция обеспечения QoS в IP-сетях

Ограничения магистральной сети традиционной IP-среды, связанные с ограниченным числом приватных IP-адресов, могут быть преодолены за счет внедрения двух технических возможностей не связанных с природой IP:

Концепция туннелирования, использующая блочную интерпретацию заголовков пакетов, инкапсулированную в заголовки третьего (сетевого) уровня так, что скрывает поля IP-адресации от магистральной сети общего пользования. Эта идея является основой для всех виртуальных приложений, требующих туннелирования приватных IP-адресов по магистральной сети общего пользования.

Концепция путей, называемая Label Switched Paths — LSPs, которая использует протоколы маршрутизации для прокладывания путей из конца в конец сети в соответствии с топологическими особенностями маршрутов и доступными сетевыми ресурсами. Распределенная система управления трафиком, управляющая прокладкой пути.

Новая концепция построения IP-сетей основана на ряде взаимодополняю- щих технологий:

протокол MPLS;

расширения RSVP;

маршрутизация на постоянной основе constraint-based routing (CBR), которые используются для маршрутизации трафика через виртуальные пути статической маршрутизации. Такое решение предотвращает перегрузку маршрутизаторов.

MultiProtocol Label Switching — MPLS. Алгоритмы MPLS не используют специфичные технологические процессы. Например, ATM/FR протокол сигнализации PNNI или транспортировка ATM ОАМ. Протокол MPLS является, фактически, надстройкой над вторым (канальным) уровнем сетевой модели ISO/OSI, призванным обеспечить портирование IP-сервисов третьего (сетевого) уровня модели на различные канальные технологии. MPLS сочетает достоинства, с одной стороны, механизмов обеспечения QoS в ATM, построенных по абсолютной схеме QoS, планирующей ресурсы узлов сети, входящих в трассу виртуального соединения, установление которого гарантирует качество обслуживания абонентов, а с другой стороны, поддерживает Достоинства IP-среды для маршрутизации коротких транзакций в дайтаграммных сетях.

Обычно решение о переносе информационного потока в узлах дайтаграмм- ной сети основано на вычислении очень длинных префиксных выражений в таблицах маршрутизации уникальных информационных потоков (unicast table), адресов назначения, содержащихся в заголовках IP-пакетов. MPLS — это схема транспортировки потоков, в которой маршрутизация основана на фиксированных выражениях, содержащихся в MPLS-таблицах 《коротких» меток, которые в основном являются частью заголовка MPLS. Маршрут, прокладываемый по сета, для всех пакетов с одинаковыми метками MPLS называется label switched path (LSP). Этот путь устанавливается с помощью протоколов RSVP+/LDP или CR-LDP.

На рис. 7 хорошо видно, среды ATM и Frame Relay, ориентированные на установление виртуальных соединений, имеют на своем канальном уровне механизмы идентификации виртуальных каналов и путей в узлах коммутации, что позволяет им, в отличие от дайтаграммных IP-пакетов, избавиться от избыточных операций по определению направления движения каж-

I 4谶:『'篇 h 中emet ]["^

дого пакета. Дополнение среды IPoEthernet схемой меток (списком узлов, входящих в маршрут информационного потока), позволило привнести аналогичные механизмы и в канальный уровень Ethernet, отказавшись от дай- таграммных алгоритмов маршрутизации. Концептуальная однородность алгоритмов обработки пакетов на канальном уровне для всех, обсуждаемых сред доставки трафика, позволила, за счет алгоритмов автоматического туннелирования, устранить функциональные различия в маршрутизации пакетов и выработать правила преобразований IP-пакетов в пакеты канального уров- ня. Пакеты канального уровня отличаются от IP-пакетов соответствующими заголовками («конвертами»).

Узел доступа LSP (узел, в котором стартует путь информационного пото- | ка) использует фильтры для селекции пакетов, которые посылаются по части путей LSP и фильтры размещают корректные заголовки MPLS в начало пакета. В оконечном узле пути LSP (узел, в котором заканчивается путь информационного потока) удаляет заголовок MPLS и пакет маршрутизируется по обычной дайтаграммной схеме. Метка имеет локальное значение. Следовательно, в транзитном узле пути LSP каждая точка входа таблицы транспортировки описывается как набор меток. Эта концепция называется обменом меток и аналогична используемой в ATM схеме транспортировки трафика. Фактически метка пути очень похожа на идентификатор виртуального соединения ATM, а путь LSP очень похож на виртуальный канал ATM. Различия лишь в размерах и структуре пакетов.

RSVP+. Изначально, протокол RSVP был создан как инструмент, обеспечивающий транспортировку агрегатов данных без дайтаграммной обработки. Для автоматизации прокладки путей LSPs были определены расширения (новые типы объектов). Наиболее важно использование следующих расширений:

Распределение меток для предустановки путей LSP между двумя коммуникационными маршрутизаторами меток LSR.

Спецификация, предопределяющая четкий путь для LSP, не зависит от маршрутизации IP. Четкий путь — это?маршрут, который переносит спи-

сок узлов специфицируемых оператором. Этот список содержит заявки на предустановку пзаметров узлов сети, копфые мотут быть жесткими или произвольными. Если список содержит только жестко предустановленные узлы, то промежуточные узлы доступны, но не предустановленные узлы должны работать в соответствии со спецификацией.

Поддержка DifiServ. В сетях с поддержкой DiffServ существует два типа LSP: Exp-Label Switch Path E-LSPs и Label-Label Switch Path L-LSPs. E-LSP — это путь, содержащий несколько различных требований QoS LSP, которые обеспечивают до 8 различных классов SLA. Значение DSCP IP пакетов, для входного узла пути LSP, полностью размещается в экспериментальном поле заголовка схемы MPLS. В поле расширения переносятся как алгоритмы обработки запросов, так и процедуры транспортировки пакетов. Аналогично тому, как в сети с поддержкой DiffServ устанавливается соответствие между алгоритмами проноса трафика (РНВ) и соответствующим классом трафика, определяемым DSCP, в DiffServ домене MPLS устанавливается соответствие между алгоритмом проноса трафика РНВ и полем расширения, носящим локальный характер, определяемым сервис-провайдером и конфигурирующим каждый путь LSP. Коммутируемый путь от метки к метке (L-LSP) описывает путь LSP информационного потока с одним набором параметров QoS. Соответствие классов QoS определяется метками MPLS, поэтому возможно определить алгоритм проноса трафика в поле расширения. В этом заключается различие между метками поля расширения и РНВ. Пути E-LSPs и L-LSPs могут быть установлены с резервированием полосы пропускания или без него.

Constraint-based routing — CBR или маршрутизация на постоянной основе определяется транспортировкой пакетов внутри сетевого домена, осознанным резервированием ресурсов и концепцией маршрутизации. Она часто ассоциируется с «качеством услуг маршрутизации» («QoS routing»). В основном это алгоритмы определения наикратчайших путей, которые были модифицированы с учетом специфичных ограничений таких как: требования полосы пропускания, максимальное число альтернативных путей или список узлов со свободными ресурсами. Результатом процесса маршрутизации на постоянной основе является четкий маршрут, удовлетворяющий требованиям организации виртуального канала запрашиваемым соответствующим узлом сети. Четкий путь для каждого маршрута трафика — это список узлов с жестко предустановленными параметрами, который используется для спецификации пути LSP.

С внедрением маршрутизации на постоянной основе ассоциировано с внедрением целого ряда нюансов. Это механизмы обмена информацией:

Об изменениях топологии сети.

О доступных ресурсах в узлах сети.才

О состоянии с^зических линий.

О распределении ресурсов между процессами маршрутизации на постоянной основе.

Для обеспечения этой информацией, существующий протокол Интернет шлюзования IGP может быть расширен для включения описания каждого соединения, как пути каждого маршрутизируемого соединения. На практике администратор сетевых ресурсов оператора мультисервисной сети будет описывать конечную точку (и может быть несколько промежуточных узлов) виртуального пути и устанавливать его параметры, которые будут соответ- сковать требованиям QoS данного информационного потока. Эта информация направляется в стартовый узел прокладки виртуального пути для маршрутизации информационного потока на постоянной основе, которая должна гарантировать его транспортировку в соответствии с требованиями QoS. Найденный маршрут используется RSVP для прокладки пути LSP.

В случае перегрузки в сети, таблицы маршрутизации должны быть перестроены для восстановления всех соединений с помощью автономных систем. Это относительно медленный процесс, сильно зависящий от разрыва соединений и нестабильности маршрутизации как внутри, так и вне узла сети. Предустановка пути для доставку необходимой информации от MPLS backup делает возможным быстрое восстановление. В случае сбоя входного или выходного узла пути коммутации меток LSP трафик переадресуется на пустующий, альтернативный путь. При этом нет необходимости ожидать, пока все узлы переопределят свои таблицы маршрутизации для восстановления гарантий QoS соответствующих приложений. Этот процесс может быть дополнен резервированием на физическом уровне.

2.5»5. Сравнительный анализмеханизмов QoS мультисервисных сетей

Обзор механизмов обеспечения QoS в мультисервисных сетях показывает, что для гарантии качества услуг приложений, использующих информационные потоки реального времени, наиболее важными являются механизмы, реализующие абсолютную схему QoS. Эти механизмы реализуют принципы маршрутизации трафика по сетям виртуальных каналов, которые в сети с дайтаграммной маршрутизацией эмулируют виртуальные пути.

Обзор абсолютных механизмов QoS, разрабатываемых для IP-сетей регионального масштаба, показывает, что, несмотря на титанические усилия по привнесению эффективных механизмов ATM в среду IP, их дайтаграмм- ная природа существенно затрудняет определение значений параметров виртуальных каналов, гарантирующих качество услуг приложений реального времени. Переменный размер IP-пакетов определяет вероятностный характер оценок параметров качества, что существенно затрудняет исчисление минимально допустимых значений предустановок в узлах сета, гарантиру-

юших соблюдение требований QoS для каждого информационного потока. Даже если, аналогично ячейкам ATM, регламентировать размер IP-пакетов зля наиболее критичных приложений и ограничиться минимально допустимым размером пакета, то потери в IP-среде из-за ошибок маршрута зажми и перегрузок в узлах сети, при одинаковом числе IP-пакетов (512 байт) а ячеек ATM (53 байт), приведут к утрате на порядок большего объема информации, чем в ATM.

Концепция MPLS пытается сочетать достоинства обеих технологий, но, как известно, нйчего не дается даром. Надстройка* среды Ethernet упрощенной схемой маршрутизации снижает требования к производительности маршрутизаторов высокоскоростных информационных потоков, но однородность протоколов канального уровня мультисервисных IP-сетей требует, чтобы абонентские порты позволяли бы проводить совместно с абонентами контроль параметров QoS. Это требование подразумевает применение высокопроизводительных и довольно дорогих коммутаторов на границе мультисервисной сети в узлах агрегирования абонентского трафика, что оказывается соизмеримым или даже дороже, чем современная абонентская инфраструктура операторского класса, построенная на магистральных АТМ-каналах. Ethernet-коммутаторы операторского класса появились на рынке в 1998 году с появлением линейки продуктов компании RiverStone Networks. Отличительной особенностью утих устройств является аппаратная реализация функций биллинга, сбора информации о состоянии узлов сети и управления полосой пропускания в реальном масштабе времени, трансляции сетевых адресов (NAT) и поддержки MPLS. Используемая распределенная архитектура спецвычислителей, позволяет разгрузить центральный процессор узла коммутации, от функций жизненно необходимых оператору, но не свойственных для процессов проноса трафика. Дополнительные аппаратные возможности существенно повысили эффективность утилизации каналов, информационной безопасности и биллинга оператора мультисервисной сети за счет централизации служб сбора информации о трафике, проносимом по сети. Однако, стоимость таких устройств соизмерима с ATM коммутаторами (младшие модели в минимальной сетевой конфигурации стоят порядка 20000$), что затрудняет их применение для приложений в секторе частных и небольших корпоративных клиентов мультисервисных сетей.

Применение MPLS в сетях IPoATM также нецелесообразно для мультисервисных сетей операторского класса. При этом помимо инкапсуляции IP- пакетов в ATM-ячейки, добавляется обработка заголовков IP-пакетов, которую целесообразнее было бы локализовать в среде Ethernet с помощью пограничных IP-коммутаторов на границах мультисервисной сети в точке передачи ответственности за качество информационных потоков. Целесообразность обусловлена тем, что в среде ATM гораздо эффективнее реализованы механизмы абсолютной схемы QoS.

6565Интересно отметить, что большинство проектов внедрения услуг широкополосного доступа и приложений реального времени, использовавших ATM

65

65

3 Зак. 293

инфраструктуру на канальном уровне IP-приложений, оказались успешными и способными планировать свою финансовую деятельность. В то же время, попытки построить мультисервисные сети на базе канальной среды Ethernet столкнулись с ощутимыми проблемами проектирования и реализации сетей.

Проблемы проектирования таких сетей связаны с отсутствием детерминированных алгоритмов, с помощью которых определяются значения контролируемых параметров в узлах сети. Вероятностный характер оценок этих значений требует экспч)иментальных статистических исследований в каждом конкретном случае. Исследования должны определять требования SLA, гарантирующие QoS по мере развития абонентской базы и трафика в сети. Они подразумевают наличие в мультисервисной сети специальной постоянно действующей опытной зоны, моделирующей процессы массового обслуживания, возникающие в узлах сети при транспортировке информационных потоков из конца в конец сети. Это обусловлено тем^ что эволюция сетевой топологии и изменения в балансировке нагрузки ощутимо меняют статистический характер получаемых оценок. Моделирование требует дорогостоящего оборудования, монтируемого на реальной сетевой топологии и постоянно или эпизодически собирающего статистику. В любом случае, опытная зона ведет к омертвлению ресурсов и снижает темпы коммерческой окупаемости инвестиций.

Помимо проблем проектирования топологии Ethernet-сетей и балансировки нагрузки в них, существуют проблемы прогнозирования роста трафика. Основное влияние на технический запас пропускной способности оказывает масштабируемость внедряемых приложений, использующих информационные потоки реального времени, так как их параметры качества наиболее критичны к пульсациям нагрузки в узлах сети. Изменение структуры трафика и нагрузки в узлах сети могут привести к потере качества услуг. Это обусловлено трудноисчислимым возрастанием значений параметров доставки пакетов: уровнем потерь или значением времени задержки.

Сложности реализации широкополосных мультисервисных сетей на базе технологии Ethernet обусловили замедление темпов разработки и внедрения новых услуг широкополосного доступа. Многие операторы, занимающиеся разработкой и внедрением услуг широкополосного доступа, существенно сократили их номенклатуру по сравнению с планировавшейся изначально.

Сбор информации о состоянии сети в реальном масштабе времени на платформе RiverStone позволил приблизиться к решению проблем построения мультисервисных сетей операторского класса в среде Ethernet. Опрос узлов по аппаратно реализованному протоколу LFAP производится не реже, чем раз в 5 минут. Однако, анализ получаемой информации требует мощных вычислительных ресурсов для соответствующих приложений, обеспечивающих QoS.

Реализации широкополосных мультисервисных сетей в ATM гораздо более прогнозируемы, так как обладают четкими правилами определения значений контролируемых параметров, гарантирующих QoS. Они готовы к обеспечению гарантий качества QoS для любых приложений, включая еще не

реализованные. Набор алгоритмов, используемых в ATM для гарантий качества обслуживания, более гибкий, чем в любом другом варианте решения этой задачи, и включает все механизмы QoS для 1Р-среды MAN-сетей.

Централизованное управление проносом трафика в ATM-сетях гарантирует быстрое восстановление узлов сети после сбоев, а оптимизация пропускной способности виртуальных каналов, числа и размеров очередей позволяет гибко управлять качеством транспортировки информационных потоков, своевременно адаптируясь к изменениям топологии сети и пульсациям нагрузки в ее узлах.

Отсутствие релевантных (относительных) механизмов обеспечения QoS в среде ATM нельзя отнести к ее недостаткам, так как это технология скорее канального, а не сетевого уровня модели ISO/OSI. Информационные потоки, для гарантии качества доставки которых, необходимы механизмы аналогичные DiffServ среды IP, могут быть, так же как в MPLS, легко агрегированы в мультисервисной сети на базе ATM в постоянных виртуальных соединениях. Разбор структуры информационных потоков, транспортируемых в этих соединениях (анализ окраски трафика) для такой схемы QoS, должен производиться на более высоких уровнях сетевой модели на границе мультисервисной сети для выбора оптимального пути пакетов того или иного класса на оконечный абонентский терминал или соответствующий сервер приложения.

Глава 3Глава 3弋*С：

Глава 3

Глава 3

Г ОПТИМИЗАЦИЯ топологии МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ

Одним из важнейших критериев выбора технологии опорной мультисервисной сети является ее непротиворечивость существующим транспортным и коммутационным структурам, т.е. способность обеспечивать поддержку традиционных видов сервиса, предоставляемых оператором электросвязи. Этот вопрос, безусловно, связан, с одной стороны, со свойствами мультисервисной сети, обеспечивающими гарантии QoS и соблюдение параметров пользовательского трафика. А с другой стороны ——с высокой степенью стандартизации протоколов и режимов переноса существующего на сети оператора синхронного трафика и выполнения функций межсетевого взаимодействия IWF (inter working fiinction). Важную роль имеет также совместимость технологии мультисервисной сети, с существующей сетевой инфраструктурой оператора (в первую очередь, кабельной) и системами передачи.

Совместимость позволяет оператору выделять указанные ресурсы по мере внедрения и развития мультисервисной сети без нарушения сложившихся технологий их эксплуатации. Наконец, технология мультисервисной сети должна обладать свойствами непротиворечивой расширяемости как по объему сетевых ресурсов (количество портов, полоса пропускания каналов и т.п.), так и по составу сервисов (готовность сети обслуживать «окрашенный» трафик). Эти свойства обеспечат в дальнейшем развитие мультисервисной сети в направлении концепции интеллектуализации сервисов (IN, NAE, Multimedia Portals …) с предоставлением информационных услуг, обуславливающих «окраску трафика» (информационно-сйравочные службы; системы дистанционного обучения, консалтинга, диагностики и принятия решений; информационные депозитарии; медиатеки общего пользования и т.п.).

В последнее время наблюдается естественный процесс расширения круга интересов и видов бизнеса оператора. Многие операторы открывают подразделения, выполняющие функции сервис-провайдера, т.е. предоставления

на сети более интеллектуальных и, соответственно, дорогостоящих сервисов (например, доступ в Интернет). При этом, к процессу принятия решений, в части выбора сетевых технологий, в первую очередь, привлекаются собственные специалисты по предоставлению услуг доступа в Интернет или специалисты дочерних провайдерских фирм. И те, и другие, как правило, не знакомы с комплексом задач оператора связи, в результате чего могут быть допущены серьезные ошибки в принятии решения по выбору базовой технологии и оборудования мультисервисной сети.

При анализе наиболее перспективных технологий необходимо придерживаться комплексного подаода, учитывающего весь комплекс текущих и перспективных задач оператора электросвязи (топологию сети, территориальные особенности и абонентскую плотность, совместимость различных телекоммуникационных сред и прозрачность управления всей сетью). Только при таком подходе может быть выработана стратегия технического развития мультисервисной сети оператора, оптимально сочетающая медные и оптические кабельные сети, системы радиодоступа и спутниковой связи, технология каналообразования и эксплуатации, способная повысить степень сохранения инвестиций и норму прибыли от предоставляемых услуг.

При проектировании структуры мультисервисной сети и локализации ее узлов, необходимо учитывать не только процессинговые возможности концентраторов и коммутаторов в них, но и производительность узлов агрегирования информационных сервисов. Дело в том, что внедрение услуг широкополосного доступа ведет к активному внедрению услуг потокового видео, реализуемых на ввдеосерверах, которые наиболее критичны к нагрузкам по вводу/выводу. Ряд других приложений (аудиопотоки, видеосвязь, и т.п.) также имеет ограничения по объему одновременно обслуживаемых абонентов, но они менее критичны. Современные видеосерверы способны обслуживать от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентов одновременно с качеством ввдеопотока не хуже VHS Home Video в формате MPEG-2 на скорости 3,.,6 Мбит/с. Что же касается видеопотоков более высокого качества (DVD или HDTV), то даже самые производительные видеосерверы способны обслужить одновременно лишь несколько сотен потоков. Эти ограничения приводят к необходимости создания распределенной структуры видеостриминга с единым хранилищем контента, построенным по методу Storage Area Network (SAN) с привлечением технологии Fibre Channel (FC).

Топология магистральной частимультисервисных сетей

Магистральная сеть может иметь физически любую топологию, но логически желательно, чтобы ее узлы были полно связны (Full mesh), так как только в этом случае она будет иметь максимальный запас по балансировке нагрузки. Структура трафика мультисервисной сети не может быть од-

нородной и неизменной. Без дорогостоящих, детальных маркетинговых исследований очень сложно предсказать спрос на ту или иную услугу в различных узлах агрегирования доступа к сетевым приложениям. Помимо этого, и сам трафик, генерируемый той или иной услугой, может потребовать соответствующей «окраски» и резервирования необходимых сетевых ресурсов. Динамика изменения структуры трафика может иметь и суточный, и сезонный периоды, а его пиковатость по мере внедрения услуг широкополосного доступа может только нарастать.

Вполне очевидно, что прокладка оптоволоконных кабелей ——дорогостоящее предприятие. Поэтому, целесообразно минимизировать издержки при соединении узлов магистральной мультисервисной сети масштаба крупного города между собой. С точки зрения физической топологии самая дешевая структура — это кольцо оптического кабеля. Так как при этом каждый узел имеет не менее двух путей доступа к любому из узлов. Число волокон в кабеле не очень сильно влияет на стоимость всей инфраструктуры. Исходя из этого, рекомендуется заложить число оптических колец по числу узлов магистральной сети, что позволит при необходимости каждому узлу магистральной сети соединить свои порты по принципу «каждый с каждым» без виртуализации каналов и ретрансляции трафика через транзитные узлы.

Что же касается междугородных и международных каналов мультисервисных сетей, то с точки зрения международного Backbone мультисервисные сети операторов выступают в роли корпоративной сети коммерческого применения или группового потребителя. Доступ в эту международную инфраструктуру может осуществляться через одну или несколько точек входа (М9 — Москва, «Марсово ноле» — Санкт-Петербург, и т.п.).

Рис. 8・ Варианты архитектуры магистральных сетей

Исходя из этих соображений, категорически не рекомендуется, в целях минимизации издержек на начальном этапе, совмещать функции магистрального узла и узла агрегирования. Нет ничего более постоянного, чем временные решения, и нет смысла нагружать сетевые устройства не свойственными им функциями.

Топология агрегирования доступамультисервисных сетей

Логика агрегирования доступа руководствуется ограничениями производительности коммутатора мультисервисной сети, обеспечивающего доступ в магистральную сеть. Обычно, каждый узел агрегирования доступа обслуживает до 10000 абонентских окончаний. Исходя из этого, целесообразно сгруппировать узлы агрегирования доступа по террит(ч)иальному (районному) принципу и закрепить узлы магистральной сети за соответствующим районом или микрорайоном (в случае многоэтажной застройки спальных районов), который они будут обслуживать, замыкая районный трафик на себя. Однако, соображения надежности услуг мультисервисной сети, требуют резервного соеданения хотя бы с еще одним узлом магистральной сети- Это обеспечит для каждого узла агрегирования доступ минимум двух точек входа в магистральную сеть — основную и резервную и гарантирует бесперебойность предоставления услуг даже в случае физического разрыва одного из соединений.

Оптическую инфраструктуру, обеспечивающую вход узлов агрегирования доступа в магистральную сеть, необходимо проектировать с учетом потенциального роста пиковых нагрузок и производительности узлов магистральной сети. Необходимый технический запас может быть достигнут, как за

Магистральная мультисереисная сеть

Узлы агрегирования доступа

Рис. 9. Вариант включения узлоа агрегирования в магистральную сеть

счет резервирования числа волокон в кабеле, так и за счет модернизации оптической линии системами DWDM и увеличения числа оптических несущих. В последнем случае легко реализовать процесс маршрутизации с помощью 九-коммутации без дополнительного транзитного процессинга.

В зависимости от характера абонентов (например, корпоративный или групповой клиент) роль узла абонентского доступа может взять на себя узел агрегирования доступа (это характерно для сетей телефонии с коммутаторами на 10000 номеров). С другой стороны, и узел абонентского доступа может выполнять функции узла агрегирования (например, в бизнес-центре) и шлюзовать разнородный трафик в мультисервисную среду (такая ситуация чаще встречается в сетях пакетной коммутации).

В общем случае, узел агрегирования доступа может интегрировать несколько решений задачи «последней мили»:

Радиальные соединения по медным проводам (BRI, PRI, El, FR, xDSL...).

Системы беспроводного доступа с радиальными выносами от базовой станции абонентских устройств (Wireless Systems, MMDS, LMCS …).

Радио- и ИК-мосты, обеспечивающие соединения типа «точка—точка». ♦ Кампусные кольца или радиальные выносы на оптических волокнах.

Использование в качестве узлов агрегирования трафика мультисервисных устройств позволит максимально мягко модернизировать существующие сети и с максимальной экономической эффективностью использовать любые варианты доступа к телекоммуникационным услугам. Попытки построить мультисервисную сеть на базе только одной технологии, обречены либо на существенные ограничения по динамике роста и структуре абонентского трафика, либо на завышенные начальные инвестиции в мультисервисную сеть. В зависимости от характера деятельности корпоративных и частных абонентов структура трафика и пиковые нагрузки могут кардинально различаться. Это различие и диктует необходимость интеграции различных методов доступа в рамках узла агрегирования. Оно также позволяет оптимально, не гипертрофируя решение, сбалансировать сеть, минимизировать стоимость владения и эксплуатационные расходы, а также более тонко и гибко строить тарифную политику в целях получения наивысшей доходности от всей сети.

Структура узлов абонентского доступамультисервисных сетей

Главная задача узла абонентского доступа — обеспечить контроль параметров и управление качеством предоставляемых абоненту услуг. Именно в этой точке мультисервисной сети проходит граница зон ответственности оператора и абонента.

В случае радиального выноса узел абонентского доступа не имеет резервного канала, а емкость канала доступа абонентов к телекоммуникационным услугам определяется пропускной способностью радиального соединения.

При кампусном проектировании сети агрегирования доступа необходимо учитывать специфику градостроения (зелёные зоны, линии высоковольтных передач, канализационная инфраструктура). При этом удается построить физическую топологию в виде колец оптических кабелей, объединяющих несколько десятков отдельно стоящих зданий, и обеспечить резервирование каналов доступа к узлу агрегирования узлов абонентского доступа.

В зависимости от плотности абонентов узел абонентского доступа может обслуживать от нескольких десятков (кандоминимум или жилой дом) до нескольких тысяч абонентов (телефония или xDSL-доступ). Требования по пропускной способности абонентского канала, а также дистанция между абонентом и узлом абонентского доступа, могут обусловить применение не только вито-парных проводных соединений, но и оптического волокна. А специфика здания, в котором размещается узел абонентского доступа (горизонтально или вертикально протяженное здание) и число обслуживаемых портов (несколько десятков или сотен), может потребовать распределенную архитектуру узла абонентского доступа (кластер пограничных коммутато* ров или объединение их с помощью оптического кольца внутри здания).

В случае распределенной архитектуры узла абонентского доступа не целесо- образно объединять его отдельные узлы между собой по полно связной схе* ме. Абонентский трафик слабо замкнут внутри этого узла, а его производи- тельностъ, как сетевого ресурса, определяется пропускной способностью канала доступа к узлу агрегирования и быстродействием шлюзующего устройства.

Рис. 10. Варианты узлов абонентского доступа

На рис. 10 видно, что в зависимости от концентрации абонентов и удаленности их от точки входа в канал к узлу агрегирования доступа, узел абонентского доступа может быть:

локальным — со звездообразной топологией медных кабелей (характерно для точечных зданий);

распределенным — со звездообразной топологией как медных, так и оптических кабелей (характерно для группы домов с невысокой концентрацией абонентов, например, кандоминимумы);

распределенным — с кольцевой топологией оптического кабеля, объединяющей несколько локальных узлов группового абонентского доступа в распределенную структуру. В случае нескольких парадных жилого дома — это горизонтальная структура, а в случае корпоративного здания — это вертикальная структура с узлами на каждом этаже.

В случае не очень высокой концентрации абонентов (пространственный разнос более 100 метров), но большого объема генерируемого трафика, возможно применение иерархической архитектуры. При этом локальные узлы абонентского доступа включаются высокоскоростными вито-парными или оптическими каналами по звездообразной схеме в сетевое устройство, выполняющее функции концентратора/маршрутизатора/коммутатора, которое, в свою очередь, включается в узел агрегирования доступа одним или несколькими высокоскоростными каналами.

Сетевая структура распределенныхинформационных систем

Современный оператор телекоммуникационных сетей — это предприятие среднего или крупного бизнеса с абонентской базой от нескольких тысяч до нескольких миллионов подписчиков. Условия жесткой конкуренции, динамическое изменение спроса на телекоммуникационные услуги, внедрение услуг с добавленной стоимостью с одной стороны и большой парк морально устаревшего оборудования, необходимость выполнения предприятиями электросвязи социальных обязательств правительства в отношения обеспечения услугами связи малоимущих абонентов с другой, требуют повышения эффективности деятельности каждого оператора связи. Появившееся альтернативные операторы также нуждаются в оптимизации своей деятельности и наращивании абонентской базы. Все эти задачи сводятся к повышению качества обслуживания абонентов и расширению спектра предоставляемых оператором услуг. Все механизмы повышения эффективности деятельности оператора немыслимы без информации о клиентах и предоставляемых услугах в реальном масштабе времени.

Структура трафика в каждом узле сети, характер его пиковатости определяют управляющие воздействия по балансировке нагрузки и планирова-

нию развития сети. Информация о потребляемых каждым абонентом сети услугах, динамика роста объема потребления отдельных услуг норма прибыли по каждому виду сервиса дает статистическую картину спроса, необходимую для прогнозирования спроса и внедрения новых услуг. Информация о техническом состоянии, сбоях и отказах в сетевой инфраструктуре позволяет отказаться от авралов при нештатных ситуациях и перейти к плановым регламентным работам, гарантирующим необходимую надежность проноса трафика из конца в конец сети с меньшими людскими затратами. Возможность объединения платежей за услуги разнородных подсетей и сервисов позволяет снизить издержки по обслуживанию абонентов и повысить объемы платежей абонентов за счет удобства взаиморасчетов. Необходимость внедрения повременной оплаты речевых услуг, более точного учета и тарификации всего комплекса предоставляемых услуг требуют внедрения автоматизированной биллинговой системы. Все эти процессы нуждаются в информационном обеспечении и комплексной автоматизации операторской деятельности (OSS), они порождают информационные потоки между подразделениями оператора, которые образуют его корпоративный трафик в Интранет-сети.

Помимо этого, взаимопроникновение услуг из разнородных сетей, появление конвергентных и мультисервисных сетей, а также тенденции многих операторов дополнить свой бизнес услугами, присущими сервис-провайдерам, обуславливают необходимость разработки и внедрения им на своей сети услуг с добавленной стоимостью, использующих обработку информации в коммерческих целях и также нуждающихся в информационном обеспечении, то есть в ранении и обработке информации в центрах обработки данных.

Понятие сеть хранения данных (SAN) появилось в связи с развитием информационных приложений в корпоративных и операторских сетях. До недавнего времени все информационное обеспечение процессов технологического сопровождения, жизнеобеспечения, мониторинга и управления деятельностью оператора сводилось к появлению в локальной корпоратив^- ной вычислительной сети сервера информационных приложений, объединяющего типовые информационные задачи:

Подготовка документов подразделений, например, в среде MS Office (Word, Exel, Power Point, Access, и т.п.).

Системы автоматизации документооборота и управления предприятием. ♦ Программные серверы Интернет/Интранет-приложений: FTP, WWW, E-mail, Proxy, E-commerce, а также различные АРМ, например, автоматизированная система расчетов и т.п. на базе различных СУБД.

Все эти программы использовали файловую систему сервера и ту или иную СУБД для логического структурирования информации и разграничения доступа к ней. Логически структурированная информация обычно соотносится с виртуальными носителями информации (пространство устройства хранения данных, воспринимаемое как отдельное периферийное устройство). Это

необходимо для упрощения процессов модификации информационных структур и соотнесения их с соответствующими приложениями. И наконец, непосредственно хранение информации производится конкретными физическими периферийными устройствами сервера на дисковых и ленточных магнитных носителях, оптических дисках или твердотельной памяти.

Непрерывный рост объема обработки информации потребовал разделения этого процесса на собственно прикладную обработку соответствующим информационным приложением и служебные процессы мониторинга, хранения и восстановления данных для информационного обеспечения этих приложений. Помимо этого, соображения информационной безопасности также требуют переноса прикладных процессов обработки информации на отдельный специализированный сервер или даже в локальную сеть таких серверов, так как различные информационные приложения могут наиболее эффективно функционировать под управлением различных операционных систем и на различных аппаратных платформах.

Информационное обеспечение выделяемых в специализированную сеть прикладных серверов приложений возлагается на сервер/центр хранения информации, обеспечивающий целостность логической структуры, непротиворечивость размещения данных и их оптимальную локализацию с точки зрения обеспечения приемлемого времени отклика на запрос прозрачности доступа к данным соответствующего приложения.

Постоянное обновление хранимой информации и актуализация баз данных первоначально сводились к простому архивированию, то есть копированию текущей информации на более дешевые носители. По мере усложнения информационных задач, важность ранимой информации (например, информация бухгалтерии о финансовых потоках или клиентский биллинг), а также ее доступность в любой момент времени, стали играть ключевую роль в обеспечении производственных процессов. Гарантии бесперебойной работы предприятия потребовали разработки специальных мероприятий по обеспечению непрерывности бизнеса. Дело в том, что время на восстановление архивных копий, как показали события 11 сентября в Нью Йорке, может оказаться совершенно неприемлемым, парализующим деятельность компании и ведущим к огромным финансовым потерям. Решение этой проблемы было найдено с появлением понятия сети хранения данных SAN, объединяющей разнородные физические устройства хранения и обработки информации между собой на дистанциях в десятки километров.

Появление сетевой инфраструктуры отделило физический уровень хранения информации от системы управления логической структурой данных и их размещением на соответствующих физических и логических носителях, оставив эти процессы на сервере управления сетью хранения данных.

Процессы хранения информации совершенно не связанны с характером использования информационных ресурсов. Они нуждается во все более сложных технологичес ких процессах. Хранение информации объединяет:

системы гарантированного питания;

«горячей» замены накопителей;

управление системами хранения с различными алгоритмами исправления сбоев;

архивирование и управление архивами.

И наконец, информационный взрыв последних лет и экспоненциальный рост объемов хранения потребовал создания контентохранилищ емкостью в десятки и сотни Тбайт, объединяемых сетью хранения данных с коммутационной емкостью в десятки и сотни портов оконечных устройств. Различие задач управления логической структурой данных и их миграцией между отдельными узлами сети хранения данных, а также объем необходимой обработки информации завершило процесс расслоения задачи информационного обеспечения приложений, автоматизирующих деятельность предприятий и предоставление сервисов. Процесс эволюции этих представлений о информационном обеспечении приложений приведен на рис. 11.

Систематизация информационных ресурсов оператора и использование их для обеспечения прикладных процессов автоматизации, а также внедрение коммерческих информационных услуг и услуг с добавленной стоимостью может проходить через все стадии эволюции представлений об обеспечении хранения и обработки информации в интересах постепенно развивающейся OSS, объединяющей автоматизированные системы работы практически всех подразделений оператора: от отдельно взятого сервера (например, системы управления сетевыми устройствами или биллинга) до сети хранения данных, объединяющей иерархическое контентохранилище и сервера корпоративных и коммерческих информационных приложений.

ПриложенийПриложений•вймм етстаыв, СУБД•вймм етстаыв, СУБДMS Office, ЕЯРe/v/m-коммерции

Приложений

Приложений

•вймм етстаыв, СУБД

•вймм етстаыв, СУБД

Тома (лог. устройства хранений) Виртуальным

Жесткие диски, оптические.

I Локальные сети разделяют уровни : J приложений и логических ресурсов,； [используя Сетевую Операционную < ' Систему MAS, и online Базы данных }I Локальные сети разделяют уровни : J приложений и логических ресурсов,； [используя Сетевую Операционную < ' Систему MAS, и online Базы данных }* Сеть хранения данных} (SAN) разделяет физиче- I ский и виртуальный ；уроани хранения* Сеть хранения данных} (SAN) разделяет физиче- I ский и виртуальный ；уроани храненияленточная, твердотельная память Физический

I Локальные сети разделяют уровни : J приложений и логических ресурсов,； [используя Сетевую Операционную < ' Систему MAS, и online Базы данных }

I Локальные сети разделяют уровни : J приложений и логических ресурсов,； [используя Сетевую Операционную < ' Систему MAS, и online Базы данных }

* Сеть хранения данных

} (SAN) разделяет физиче- I ский и виртуальный ；уроани хранения

* Сеть хранения данных

} (SAN) разделяет физиче- I ский и виртуальный ；уроани хранения

Виртуализация Сети хранения данных (SAN) позволяет разделять логический и виртуальный уровни хранения данных

Рис. 11. Эволюция идей обработки и хранения информации

6 му ль тисервисных сетях опера торского класса

Коммерческие услуги, предоставляемые сетями хранения данных SAN, традиционны для центров обработки информации:

Outsourcing и, в частности, все разновидности Hosting, включая co-location, ■ e-commerce, v-commerce, m-commerce, а также 冲угие формы ASP.

Информационное обеспечение услуг с добавленной стоимостью.

Обеспечение непрерывности бизнес-процессов в корпоративной сети.

Информационное обеспечение деятельности предприятия и формирование единого контура технологического сопровождения, жизнеобеспечения, мониторинга и управления предприятием.

Какой бы простой Не являлась вычислительная сеть, в ней одновременно существуют два канала передачи данных. На виду всегда сетевой канал, т.е. собственно сеть, по которой идет обмен между клиентами и серверами информационных приложений. Вместе с тем, существует и второй канал, по которому происходит обмен данными между системной шиной компьютера и устройством хранения. Это может быть внутренний канал сервера между контроллером и жестким диском, или между RAID-контроллером сервера и внешним дисковым массивом, в случае необходимости сколько-нибудь серьезных объемов хранения для полноценной работы сервера приложения.

Такое разделение каналов во многом объясняется различными требованиями к пересылке данных. В абонентской сети на первое место встает доставка нужной информации одному клиенту из множества возможных^ для чего необходимо создать определенные и весьма сложные механизмы адресации и некий <сетевой этикет» при одновременной работе всех клиентов. В итоге, перед каждой пересылкой по сети приходится выполнять ряд неизбежных процедур в соответствии с объявленными правилами и сознательно мириться с возникающими при этом задержками и снижением пропускной способности сетевого канала. Кроме того, сетевой канал предполагает значительные расстояния, поэтому здесь предпочтительна передача данных по последовательному соединению.

А вот канал хранения выполняет крайне простую задачу, предоставляя возможность обмена с заранее известными накопителями данных объединенных общей шиной SCSI. Единственное, что от него требуется —— делать это максимально быстро.

В последнее время в воздухе снова витает идея централизации. Или же, если угодно, то ее можно назвать концепцией истинно разделяемых ресурсов, где накопители не принадлежат никому конкретно, а могут напрямую использоваться любым другим ресурсом сети. Актуальность централизации во многом определяется осознанием все увеличивающейся роли хранения данных в современной вычислительной среде. Разве не заманчиво иметь возможность двигать устройства хранения в сети, как шахматные фигуры, и не привязывать их жестко к шинам ввода/вывода отдельных компьютеров?

Такая схема улучшает производительность и масштабируемость вычислительной среды вместе с более легким администрированием, а также повысит доступность данных. В итоге, мы вправе ожидать существенного снижения стоимости владения данным ресурсом, что справедливо ставится во главу угла финансовыми службами.

Всего этого можно добиться, если интегрировать, наряду с серверами приложений, устройства хранения данных в сеть, объединяющую узлы агрегирования услуг и информационные ресурсы, т.е. использовать для этого существующий сетевой канал. К сожалению, после такого шага сеть просто впадет в《кому», подавая лишь слабые признаки жизни.

В то же время существующему каналу хранения такие нагрузки по зубам. Но, если обратиться к физической реализации такого канала, то, до недавнего времени, лучшим решением для серверов приложений был параллельный SCSI интерфейс. Однако, необходимо признать существенные ограничения на допустимую длину физической линии. Дело в том, что волновые характеристики отдельных проводников слегка отличаются, поэтому при передаче на большие расстояния возникает дифференциальная задержка в виде неодновременного прихода импульсов по разным сигнальным парам.

Необходимость пространственного разноса серверов приложений и устройств хранения, а также экономическая целесообразность создания специализированной сети хранения данных, привели к идее создшия последовательных высокоскоростных каналов хранения, использующих оптоволоконную инфраструктуру мультисервисных сетей (например, свободные волокна технического запаса кабельной структуры).

Таким образом, в настоящее время канал хранения может быть построен на основе нескольких интерфейсов передачи данных, три из которых описаны в стандарте на архитектуру SCSI-3. На верхнем (программном) уровне они используют один и тот же метод общего доступа (Common Access Method — САМ). Они отличаются, лишь, на уровне реализации архитектурой модели (SCSI Architecture Model — SAM).

Кроме параллельного SPI, в стандарте SCSI-3 описаны еще и два последовательных интерфейса — Fibre Channel и SSA, отличающиеся лишь реализациями архитектурных моделей. Наибольшее распространение получил Fibre Channel, который обеспечивает последовательный канал с полным дуплексным соединением на удалении до 10 км с информационной скоростью до 200 Мбайт/с и поддерживает SCSI, IP, VI, HiPPI-FP, ESCON, IPI, ATM, Ethernet, FDDI, Token Ring.

Помимо стандартизованных решений, существует концепция третьего поколения ввода/вывода вычислительных систем — 3GI/O фирмы Intel, получившая, применительно к телекоммуникационным сетям, название InfiniBand. Концепция развивает идеи, положенные в основу шины PCJ по созданию внешней (по отношению к компьютеру) телекоммуникационной

инфраструктуры, в частности, на основе оптоволоконных соединений, главная задача которой — обеспечить доступ процессора к его периферийным, в том числе и удаленным, ресурсам.

Технология Fibre Channel (FC)

Сеть Fibre Channel может быть описана, как технология интерфейса передачи данных с гарантированной скоростью 1,0625 Gbit/s или 2,12 Gbit/s, поддерживающая такие распространенные способы обмена, как SCSI или IP, а также VI, HiPPI-FP, ESCON, IPI, ATM, Ethernet, FDDI, Token Ring. Благодаря такой универсальности, FC-AL может использоваться как в высокоскоростных шинах ввода/вывода (канал хранения), так и в LAN (сетевой канал) с максимальной длиной физической линии до 10 километров при использовании оптоволокна. К другим очевидным достоинствам Fibre Channel можно отнести поддержку различных топологий (точка—точка, петля с арбитражным доступом и коммутируемая звезда).

Любое устройство (компьютер системы управления сетью, сервер приложения мультисервисной сети, устройство хранения данных и т.д.)? имеющее возможность обмениваться данными с использованием технологии Fibre Channel, называется N-порт (Node-port) или просто узел. В настоящее время межузловой обмен происходит по последовательным полнодуплексным соединениям со скоростями 1,0625 GBit/s или 2,12 Gbit/s.

Множество связанных между собой N-портов Fibre Channel образуют среду распространения сигнала. Во избежание смешения с устоявшимися понятиями разработчики данной технологии решили не использовать для ее обозначения слово «network», и предпочли ввести новый термин «fabric», дословно означающий фабрику, обрабатывающую информационные потоки. В русской терминологии этот термин иногда интерпретируется как сеть хранения данных, хотя свойственный Fibre Channel термин fabric, это лишь частный случай кальки (SAN ——Storage Area Network) данной интерпретации.

Технология основана на простом перемещении данных из буфера передатчика в буфер приемника. При этом осуществляется полный контроль этой и только этой операции. Благодаря такому «разграничению прав и обязанностей» для FC-AL совершенно неважно, как обрабатываются данные индивидуальными протоколами до и после помещения в буфер, вследствие чего тип передаваемых данных (команды, пакеты или кадры) не играет никакой роли.

И чтобы совсем приблизиться к идеалу, собственный размер кадра в FC- AL увеличен до 2148 байт для эффективной работы с большими массивами. В то же время, для уменьшения накладных расходов при передаче коротких сообщений размер кадра может пропорционально уменьшаться вплоть до 36 байт.

Таким образом, технология Fibre Channel может смело претендовать на роль универсальной Магистрали, пропускающей потоки данных, как существующих шин ввода/вывода, так и LAN-соединений.

Это вовсе не предполагает отказ от IDE, SCSI, Ethernet или FDDI. Совершенно очевидно, что технологическое превосходство того, или иного стандарта само по себе не может служить достаточным основанием для отказа от уже используемых решений. Вряд ли на сегодняшний день есть какой- либо смысл применять Fibre Channel на домашнем ПК или даже на рабочем месте в офисе. А вот объединить ресурсы серверов в узлах агрегирования услуг и накопителей в единый пул для центра обработки информации с помощью Fibre Channel можно гораздо эффективнее, чем при использовании стандартного набора Gigabit Ethernet + Ultra2 SCSI.

Протокол FC избавлен от лишних накладных расходов по обработке информационных потоков, что существенно повышает эффективность таких каналов за счет снижения мер по сетевой безопасности.

FC предполагает, что контроль несанкционированного доступа к информации осуществляют сервера приложений. Они разрешают доступ абонента к информации и дают запрос на нее в хранилище. Вот почему информационные потоки, циркулирующие внутри сети хранения данных, не нуждаются в дополнительной защите.

FC позволила объединить преимущества каналов ввода/вывода и оптических сетевых архитектур, унаследовав, с одной стороны, достоинства каналов передачи данных:

Высокую скорость.

Минимальные задержки.

Высокую надежность.

А с другой стороны, стандартные команды SCSI, в сочетании с достоинствами сетевой и нфраструктуры:

Последовательная передача данных.

Множественность адресов.

Увеличенные дистанции.

Распределенные услуги.

Высокая масштабируемость сети хранения данных.

Для удовлетворения потребностей различных приложений в пределах одной сети хранения данных на базе Fibre Channel, возможно предоставление им на выбор нескольких вариантов работы в среде Fibre Channel.

В зависимости от требуемой полосы пропускания и наличия или отсутствия логического соединения устройства могут использовать сообщения разных типов, т.е. получать разные классы сервиса.

Выделенное соединение, когда информационному приложению мультисер- висной сети требуется полная пропускная способность канала, для чего устанавливается постоянное полнодуплексное логическое соединение между двумя портами с подтверждением о приеме, т*е. налицо некая смесь выделенной телефонной линии и заказного письма с уведомлением о вручении. Идеально подходит для случаев массивного обмена между двумя нагруженными портами при небольшом расстоянии между ними.

Мультиплексная связь с гарантированной доставкой и получением подтверждения о приеме, но без установления логического соединения. Пропускная способность канала по потребности разделяется между конкурентными обменами всех участвующих N портов. Все кадры доходят до адресата, причем не обязательно строго в той последовательности, как были посланы. В случае, если линия перегружена, отправитель получает сигнал «занято» и повторяет посылку немедленно, т.к. из-за отсутствия в Fibre Channel конфликтов здесь нет необходимости в задержке для повторной передачи (time-out). Данный класс сервиса наиболее эффективен для обмена между несколькими серверами одного и того же приложения, находящимися в различных узлах агрегирования услуг, и общим дисковым массивом, особенно при их удаленном расположении, когда время установления логического соединения может привести к увеличению латентности.

Мультиплексная связь без установления логического соединения и без гарантии доставки^ когда требуется быстрая рассылка нескольким узлам без подтверждения приема.

Существует также и промежуточный класс сервиса, называемый Intermix, когда вся пропускная способность канала резервируется под выделенное соединение 1-го класса, но позволяет в моменты его неполной загрузки пропускать потоки 2 и 3 классов.

Применяемые при построении ЛВС механизмы контроля потоков являются типологически зависимыми, что делает невозможным одновременное использование Ethernet 1ЕЁЕ 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 и прочих в пределах единой среды распространения. Несмотря на тот факт, что Fibre Channel в какой-то мере может напоминать столь привычные для нас ЛВС, его механизм контроля потоков никак не связан с топологией среды распространения и базируется на совершенно иных принципах.

Каждый N порт при подключении к сети хранения данных Fibre Channel проходит через процедуру регистрации (login) и получает информацию об адресном пространстве и возможностях всех остальных узлов, на основании чего становится ясно, с кем из них он сможет работать и на каких условиях. А так как механизм контроля потоков в Fibre Channel является прерогативой самой сети, то для узла совершенно неважно, какая топология лежит в ее основе.

Самая простая схема соединение «точка—точка», основанная на последовательном полнодуплексном соединении двух N-портов с взаимоприемлемыми параметрами физического соединения и одинаковыми классами сервиса. Один из узлов получает адрес 0, а другой — 1.

Рис. 72. Топология типа «точка—точка»

В сущности, такая схема может рассматриваться как частный случай кольцевой топологии, где нет необходимости в разграничений доступа путем арбитража. В качестве типичного примера такого подключения можно привести наиболее часто встречающееся соединение сервера с внешним RAID-массивом.

Петля с арбитражным доступом — это классическая схема подключения. Она объединяет до 126 портов. С этой топологии FC все и начиналось, если судить по аббревиатуре FC-AL. Любые два порта в кольце могут обмениваться данными посредством полнодуплексного соединения точно так же, как и в случае «точка—точка». При этом все остальные, так же как в Token Ring, выступают в роли пассивных повторителей сигналов уровня FC-1 с минимальными задержками.

Для избежания существенного увеличения задержки передачи между портами, разработчики FOAL предпочли использовать абсолютную адресацию, что в итоге позволило ретранслировать кадр в неизменном виде и с минимальной латентностью.

Передаваемое с целью арбитража слово ARB не понимается и не используется обычными N-портами, поэтому при такой топологии дополнительные свойства узлов обозначаются, как NL-порт.

Основным преимуществом петли с арбитражным доступом является низкая себестоимость в пересчете на количество подключенных устройств, поэтому наиболее часто она используется для объединения большого количества жестких дисков с дисковым контроллером. К сожалению, выход из строя любого NL-порта или соединительного кабеля размыкает петлю и делает ее неработоспособной, из-за чего в чистом виде такая схема сейчас уже не считается перспективной. Кроме того, добавление или удаление NL- порта вызывает достаточно длительный процесс инициализации LIP (Loop Initialisation Process), который может измеряться десятками секунд при большом количестве подключенных узлов.

В настоящее время наибольшее распространение получила схема организации петли с помощью активных концентраторов, которые умеют изолировать поврежденный NL-порт путем автоматического подключения внутреннего резервного пути. Такие петли в массивах дисковых накопителей (JBOD или RAID) позволяют обеспечить《горячую» замену вышедшего из строя дисковода без потерь на восстановление соединений между дисками массива. Еще одним веским доводом в пользу использования концентратора являются расширенные возможности управления и более удобная схема межпортовых соединений.

Рис. 14, Петля с арбитражным доступом на основе активного концентратора

Однако, увеличение числа объединяемых устройств, с которым оператор мультисервисной сети неизбежно сталкивается при создании контентохра- нилища, объединяющего внешние устройства хранения данных и удаленные от них сервера приложений. Распределенная инфраструктура соединений между этими устройствами приводит оператора мультисервисной сети к необходимости создания сети хранения данных.

Сеть хранения данных наиболее эффективна при централизованном хранении информационных ресурсов, которые являются одними из основных финансовых активов сервис-провайдера. Информационное хранилище должно обеспечивать контроль доступа и необходимые меры безопасности, не уступающие банковским требованиям и стоимость его, следовательно, крайне высока.

Необходимость разделения ресурсов сеТн хранения данных и разграничения прав доступа к ним различных приложений, а также повышенные тре-* бования к скорости доступа приложений к информационным ресурсам, делают применение активных концентраторов в контентохранилищах неэффективным для соединения между собой различных устройств хранёйня и серверов приложений мультисервисной сети.

Коммутируемая сеть хранения данных — это наиболее перспективная топология, позволяющая преодолеть все ограничения петли с арбитражным доступом и представить каждому N-порту выделенный канал FC-AL. Как уже понятно из названия, в основу сети хранения данных положен Fibre Channel коммутатор с F-портами (Fabric-ports). Коммутируемая, сеть хранения данных приобретает особую актуальность при создании контентох- ранилищ и выходе за пределы небольшого числа устройств хранения, обслуживающих несколько серверов приложений.

Рис. 15. Коммутируемая сеть хранения данных

Примерно так же, как и в ЛВС, к портам коммутатора могут подключаться другие коммутаторы или концентраторы, в таком случае это будет называться соединением через Е-порт или FL-порт, соответственно. Очевидно, что физически топология оптических кабелей не обязательно должна быть выполнена по звездообразной схеме в двух последних случаях. Она может плавно эволюционировать от физического и логического кольца к логической звездообразной топологии по мере активирования FC-портов доступа к информационному хранилищу и наращиванию ресурсов ввода/вывода в сети хранения данных.

Технология InfiniBand

Технология InfiniBand родилась как органичное продолжение концепции, разработанной фирмой Intel, архитектуры систем ввода/вывода 3GIO. Она явилась развитием идей шины PCI, используемой в большинстве современных компьютеров. Технология PCI появилась в 1990 году как логическое

завершение исследований, посвященных решению архитектурных противоречий, возникающих в компьютере при взаимодействии процессора с периферийными устройствами.

Эволюция периферийных устройств, обычно, происходит существенно медленнее, чем отдельных заказных СБИС, которые согласно закону Мура теряют 50% своей розничной цены каждые 18 месяцев. Несовпадение роста производительности различных архитектурных элементов при проектировании компьютеров и привело к появлению шины PCI. Она была призвана примирить противоречивые требования по скорости информационных обменов в вычислительной системе. С одной стороны, высокие скорости концентратора «быстрых» каналов доступа в оперативную память графического интерфейса AGP и высокоскоростных портов локальных сетей, а с другой стороны, более медленных каналов связи с периферийными устройствами (платы цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования, жесткие диски, LPT, USB и последовательные порты).

Однако, за прошедшее десятилетие технология PCI столкнулась с существенными ограничениями реализации на физическом уровне, что и побудило к созданию концепции системы ввода/вывода третьего поколения.

В каждой новой заказной СБИС (ASIC), появляющейся на рынке, наблюдается рост тактовой частоты процессора и увеличение его разрядности. Эволюция СБИС нуждается в пропорциональной эволюции внутренней шины компьютера, обеспечивающей взаимодействие процессора с его оперативной памятью. Помимо этого, развитие полнофункциональных портативных компьютеров с автономным питанием от батарей требует уменьшения используемых ЧИП-ами напряжений.

Возникший при этом кпуббк проблем заключался в следующем. Рост тактовой частоты с одновременным уменьшением напряжения питания ведет к увеличению потерь в шине и уровня шумов в канале. Помимо этого разрядность компонент компьютерной архитектуры лежит в расширяющемся диапазоне значений от 1 до 4, 8, 16, 32, 64 ... бит, поддержка которого необходима для обеспечения совместимости всех поколений устройств, представленных на компьютерном рынке и их программного обеспечения, использующего архитектуру PCI.

Новое поколение систем ввода/вывода должно быть:

дешевле в своей реализации;

обеспечивать поддержку множественных платформ типов соединений (между микросхемами, периферийными или внешними, через соответствующий интерфейс, а также внешними устройствами вычислительной инфраструктуры, включая телекоммуникационные взаимодействия);

масштабируемым по увеличению тактовой частоты или разрядности процессора, по уменьшению его рабочего напряжения. При этом шина должна иметь небольшой overhead (объем управляющей информации ——заголовка пакета) и обладать малой латентностью;

дополнительно желательно обеспечить механизмы, свойственные телекоммуникационным приложениям: совместимость различных типов данных, в том числе и информационных потоков реального времени (управляющие воздействия, аудио- или видеопотоки и т.п.), мощную систему управления соединениями, QoS, поддержку «горячих» замен различных ресурсов.

В результате попытки удовлетворить всем этим требованиям была разработана архитектура 3GIO, которая должна стать новым стандартом во второй половине 2003 года. В ее основе лежит идея создания виртуального параллельного соединения на базе инфраструктуры последовательных соединительных линий. Концепция позволила Обобщить идеи построения межпроцессорных взаимодействий и на телекоммуникационные приложения. Особенно актуально это обобщение оказывается при построении сети хранения данных, объединяющей серверы приложений мультисервисной сети в кластеры. В будущем такая распределенная инфраструктура серверов может стать основой инфраструктуры сети виртуальной реальности, обеспечивающей связь серверов приложений между собой и с оконечными устройствами абонентов мультисервисной сети.

Базовая идея концепции заключается в использовании двух низковольтных раздельно функционирующих сигнальных пар. Так же как и в Fibre Channel, 3GIO использует код, предложенный IBM 8b/10b. При этом скорость в каждой сигнальной линии канала составляет 2,5 Gbit/s, что обеспечивает технический запас технологии до 10 Gbit/s на соединение (практически это предел для сигналов по медной инфраструктуре). Архитектура 3GIO очень похожа на сетевую модель ISO. Она имеет четыре уровня представления данных:

физический;

канальный (или уровень звена данных, преобразующий битовую последовательность в байты информационного потока);

транспортный, использующий пакеты байт;

программный, обеспечивающий совместимость с моделью PCI и драйверами операционных систем.

Таким образом, InfiniBand и Fibre Channel очень похожи на физическом уровне, различаясь лишь наборами конкретных микросхем, реализующих обработку битового потока в соединении, разбивку его на пакеты и маршрутизацию их от отправителя к адресату. Некоторые компании, занимающиеся оборудованием сетей хранения данных, объявили о своей поддержке InfiniBand (Brocade, Cisco, EMC, Hitachi, Lucent и Nortel). Это позволяет ожидать появление в будущем коммутаторов, объединяющих обе эти технологии на аппаратном уровне. Какая из этих технологий победит покажет будущее. Но в любом случае можно утверждать, что топология кабельной инфраструктуры мультисервисных сетей, и в частности сетей хранения данных, вряд ли претерпит какие-либо изменения. Возрасти может лишь

число необходимых оптических каналов между узлами сети, а не их взаиморасположение. Это обстоятельство позволяет проектировать оптоволоконную инфраструктуру мультисервисной сети на сроки, соизмеримые со временем сохранения рабочих характеристик оптических волокон.

Таким образом, топология сети хранения данных объединяет сервера информационных приложений и контентохранилище мультисервисной сети. Она должна выбираться независимо от конкретной сетевой технологии. Требования к топологии определяются, исходя из специфики информационных потоков, протекающих между узлами агрегирования услуг и кон- тентохранилишами.

Встраивание сети хранения данныхв мультисервисную сеть

Требования по надежности, выдвигаемые системами информационных услуг к телекоммуникационной инфраструктуре мультисервисной сети, практически аналогичны требованиям по надежности и резервированию в любых телекоммуникационных сетях операторского класса.

Каждый узел атрегирования услуг распределенной информационной системы должен иметь хотя бы два независимых канала доступа, с одной стороны, к телекоммуникационным ресурсам магистральных соединений, а с другой ——к ресурсам сети хранения данных. Желательно, чтобы эти независимые каналы доступа использовали бы топологические пути, проходящие через независимые узлы оптоволоконной инфраструктуры. Логически сеть хранения данных применительно к задачам доступа серверов-приложений в централизованное контентохранилище должна иметь звездообразную топологию.

Однако, требования по преодолению больших удалений устройств сети хранения данных между собой может потребовать использования вспомогательных узлов сети, ахрегирующих и перераспределяющих трафик сети хранения данных на пути от узлов агрегирования услуг, объединяющих сервера соответствующих приложений, к централизованному контентохранилищу. Таким образом, сеть информационных услуг сервис-провайдера масштаба города должна встраивать свои узлы агрегирования информационных услуг в магистральную мультисервисную сеть.

С точки зрения топологии канальной инфраструктуры, это решение аналогично включению в магистральную сеть узлов агрегирования доступа мультисервисной сети. При этом сеть хранения данных становится специализированной, но неотъемлемой частью мультисервисной сети, которая включает в себя полносвязную (full mesh) сеть серверов приложений. Число точек наложения должно определяться структурой и концентрацией трафика, пиковыми натрузками и производительностью соответствующего сервера сетевого приложения как по процессингу, так и по вводу/выводу.

яя

Сервера приложенийСервера приложенийДо 64 РепортовДо 64 РепортовКонтентохранилищеКонтентохранилищеСеть хрвнения данныхСеть хрвнения данныхагрегированияагрегированияагрегированияуслугагрегированияуслугМуж»р( сервиснаяМуж»р( сервисная

Сервера приложений

Сервера приложений

До 64 Репортов

До 64 Репортов

Контентохранилище

Контентохранилище

Сеть хрвнения данных

Сеть хрвнения данных

агрегирования

агрегирования

агрегированияуслуг

агрегированияуслуг

Муж»р( сервисная

Муж»р( сервисная

Рис. 76. Использование магистральной инфраструктуры мультисервисной сетидля включения узлов агрегирования услуг в сеть хранения данных

БАЛАНСИРОВКА НАГРУЗКИ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ

Для мультисервисных сетей характерны большие пульсации нагрузки в каналах. Это обстоятельство повышает вероятность возникновения перегрузок в их узлах. Наиболее эффективными методами борьбы с перегрузками являются динамические, адаптивные методы управления, позволяющие быстро перераспределять сетевые ресурсы.

Система управления, как основнойинструмент балансировки нагрузки в сети

Для оператора сети крайне важны такие эксплуатационные характеристики сети, как:

эффективное формирование и управление избыточными сетевыми ресурсами для обеспечения высокого коэффициента готовности сетевых каналов и услуг;

наличие развитых механизмов, обеспечивающих контроль целостности каналов;

обеспечение высокой устойчивости систем передачи и коммутации к отказам и сбоям на сети. Здесь важно учитывать принципиальную ориентацию сетевой технологии и соответствующего оборудования на удовлетворение требованиям сети оператора связи, а также сервис- провайдера услуг (например, доступа в Интернет) или корпоративных сетей абонентов.

Наиболее высокие требования предъявляются к технологиям и оборудованию операторского класса. Эти требования включают:

поддержку для сетей операторов протоколов взаимодействия и параметров передачи трафика;

высокую надежность и резервирование ресурсов аппаратуры и сети;

наличие мощной системы управления, соответствующей требованиям стандартной модели управления TNM.

Система управления операторского класса должна обеспечивать управление сетевыми ресурсами на элементном, сетевом и сервисном уровнях. Она должна эффективно интегрироваться в систему автоматизированной поддержки бизнес-приложений оператора (автоматизированная выписка счетов, сбор статистики, моделирование сетевых процессов, инструментальное планирование сети). Помимо этого, мультисервисность сети оператора требует от системы управления мультисервисной сетью функции управления несколькими сетями (зонтичное управление).

Роль информационных ресурсовв балансировке сетевой нагрузки

Сбор статистики приобретает все большее значение в процессах оптимизации операторских и провайдерских ресурсов. Роль маркетинга в данном случае сложно переоценить, так как перегрузки на сети могут быть легко скомпенсированы за счет пересмотра тарифной политики или за счет буферизации и перераспределения контента в распределенной информационной мультисервисной системе, построенной на сети оператора. В этой ситуации наиболее ярко прослеживаются преимущества совмещения операторской и провайдерской деятельности в рамках одного юридического лица. Именно в этом случае может быть достигнута максимально гибкая и динамичная система оптимизации всех ресурсов оператора на основе ежедневной статистики, в рамках единого центра управления сетевыми и информационными ресурсами.

Организации сегодня вынуждены хранить все больше информации. В этой ситуации выигрывать начинают те компании, чья информация всегда доступна сотрудникам и клиентам. Тот, кто овладеет средствами эффективного распределения информации, получит в ближайшие годы стратегическое преимущество.

Однако доступность данных находится в постоянном конфликте с сохранностью архива и экономией затрат на его содержание. Согласно оценкам экспертов, лишь 20% хранимой информации активно используется в информационных системах, остальные 80%《мертвым грузом» занимают дорогое дисковое пространство. Поэтому часто запрашиваемый контент не-

обходимо хранить на носителях первичного хранения информации (на магнитных дисках и RAID-массивах). Попытка перенести редко запрашиваемые данные на off-line носители приводит к резкой потере оперативности доступа к ним, что крайне нежелательно.

Анализ статистики запросов позволяет интегрировать первичную и вторичную память для обеспечения высокой доступности и защищенности информации. На его основе удается планировать распределение контента в SAN. Обеспечить его подкачку из хранилища архивов, реализованного на роботизированных библиотеках архивов, в узлы агрегирования информационных услуг (различные виды «Ргоху^-серверов сетевых приложений), а также для перераспределения процессинговых ресурсов распределенной информационной системы с учетом эволюции структуры трафика в течение суток.

Миграция контента между первичной и вторичной памятью необходима для минимизации нагрузки на SAN. Его перераспределение между серверами прййожений минимизирует нагрузку на магистральную сеть и повышает качество ресурсоемких услуг. Потребность в ресурсах может быть вызвана необходимостью работы с большими агрегатами данных, большим объемом ввода/вывода или потребностью в больших вычислительных мощностях. Перегрузки такого рода могут быть вызваны:

Услугами NVOD при буферизации агрегатов play-листов и новостных ； блоков, а также рекламных блоков, ориентированных на различные гр血шя абонентов, обслуживаемых в соответствии с их пользовательскими профилями.

Услугами VOD с динамической подкачкой видеоконтента, входящего в ТОР*лист недели, а также в локальный ТОР-лист дня конкретного обслуживаемого района или узла агрегирования доступа.

При дистанционном обучении за счет подкачки видеоматериалов по； мере освоения материала (группа уроков с учетом самого медленного ■ самого быстрого восприятия обучающихся в пределах читаемого курса).

При контекстуальном и полнотекстовом поиске в электронных библиотеках или on-line/ofF-line услугах информационно справочных систем с применением структурированных информационных фильтров различного профиля.

Услугами виртуального туризма в 3D мирах (виртуальный Русский музей, Лувр или Эрмитаж, реконструкция древних Афин или гробн»- цы египетской принцессы, и т.п.).

Управление режимами вещания (broadcasting, multicasting, virtual multicasting web casting, unicasting) с учетом топологии мультисервисной сети и лок» лизации абонентов, позволяет сократить число параллельных видеопотока! в мультисервисной сети и сбалансировать нагрузку.

Идея централизованного《Портала» мультисервисной сети позволяет повЫ сить мощность сетевых и процессинговых ресурсов отдельных узлов агре*

гирования услуг и приложений за счет переадресации очередей запросов от более загруженных узлов агрегирования информационных приложений к наименее загруженным (например, обработка запросов в системы контекстуального поиска или услуги серверов потокового видео).

Применительно к корпоративным приложениям мультисервисной сети такую концепцию балансировки нагрузки предлагает Cisco в Content Delivery Network (CDN) http://www.cisco.com/.

С точки зрения распределенных информационных систем наиболее интересна разработка Oracle Portal, а с позиций универсальной среды разработки и сопровождения «Портала мультисервисной сети» интересны продукты Nextenso «Multimedia Portal» http://www.nextenso.com/ и AND Project “Sitex» http://www.andprojecLru/.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ

Магистральная инфраструктура мультисервисных сетей объединяет топологию прокладки магистральных волоконно-оптических кабелей и сетевое оборудование в узлах коммутации и маршрутизации. Сетевое оборудование в узлах магистральной сети также можно разделить на устройства оптической коммутации и уплотнения и устройства коммутации пакетов (неэффективность использования для мультисервисных приложений сети с коммутацией каналов была показана ранее).

Использование оптических мультиплексоров/демультиплексоров лишь масштабирует используемую технологию коммутации. Практически, использование оптических систем спектрального уплотнения не влияет на выбор технологии коммутации. Она определяется при:

выработке оператором стратегии развития мультисервисной сети;

определении долгосрочной технической политики;

разработке маркетинговой политики.

Технический запас, закладываемый в инфраструктуру на развитие мультисервисной сети, определяет гибкость маркетинговой политики и сроки очередного технического перевооружения оператора, а следовательно, и требования по срокам окупаемости инвестиций и объемам ожидаемой прибыли от создаваемой инфраструктуры.

Ключевым и стратегически важным вопросом проектирования магистрали является правильный выбор технологии коммутации пакетов.

Технология ATM

Технология ATM реализует технологию ретрансляции пакетов фиксированной длины по сети с адаптивной централизованной системой маршрутизации. Ее можно рассматривать как вершину эволюции технологии ретрансляции не пакетов, а кадров фиксированной длины (в отличие от технологии Frame Relay, использующей переменную длину кадра). Для того, чтобы отличить кадры-пакеты фиксированной длины, используемые в ATM, от всех прочих структур пакетов их называют ячейками. Относительно молодая технология ATM, в отличие от традиционных сетевых технологий, за счет централизации адаптивной системы маршрутизации ориентирована на соединение, а не собственно на коммутацию .пакетов. Поэтому перед тем, как передать информацию между пользователями, организуется виртуальный канал, который действует до момента окончания передачи. Это несколько напоминает телефонную сеть, то есть для каждой взаимодействующей пары пользователей организуется выделенная полоса пропускания с заранее заказанными параметрами QoS. При этом весь разнородный трафик сегментируется на 48-байтовые *ячейки, к которым добавляются 5-бай- товые заголовки.

В настоящий момент поддерживаются скорости передачи в опорной сети 155 Мбит/с, 622 Мбит/с, 2,4 Гбит/с и 9,6 Гбит/с. В отличие от технологий, где применяется временное мультиплексирование (TDM), технология ATM позволяет динамически изменять полосу пропускания, используемую под определенный поток, что дает возможность эффективно использовать имеющиеся каналы связи. К тому же предусмотрен развитый механизм предоставления качественного обслуживания.

Опыт разработки и внедрения сетевых технологий показывает, что наиболее эффективно задачи предотвращения перегрузок в узлах сети и обеспечения различных требований SLA решаются на канальном уровне. Более того, перенесение пользовательских потоков и их коммутация на канальном уровне позволяет оператору уйти от решения задачи информацирнной безопасности пользовательских каналов, поскольку виртуальные каналы типа «точка—точка» или «точка—много точек» связывают конкретные пользовательские хосты и принципиально недоступны хостам других пользователей сети. По этой причине идеология виртуальных соединений должна быть положена в основу сетевой технологии оператора. В этом случае оператор имеет возможность полностью сосредоточиться на решении своих основных и естественных задач: обеспечение работоспособности сети и управление прохождением пользовательского трафика в соответствии со SLA. Построение пакетной сети по принципу виртуальных соединений и естественное обеспечение информационной безопасности пользовательских каналов позволяет оператору предоставлять услуги связи любому паже самому требовательному корпоративному пользователю.

Обеспечение режима QoS на 2-м уровне сетевой модели ISO/OSI является коренным отличием технологии ATM от таких сетевых технологий, которые, в принципе, независимо от ширины полосы пропускания, не могут предоставлять столь развитые возможности QoS. Эго означает, что сегодня ATM является единственной технологией, позволяющей полноценно передавать интегральный трафик (голос, видео, данные), одновременно удовлетворяя, казалось бы, совершенно несовместимым требованиям к качеству доставки пакетов и жестким требованиям по загрузке физического канала. Так, например, при передаче голоса или видео в реальном масштабе времени, очень актуальным становится обеспечение гарантированной полосы пропускания, ‘ минимальных временных задержек и потерь ячеек при передаче.

Основными устройствами сети ATM являются ATM-коммутаторы, отвечающие за установление соединения между пользователями и за предоставление им при этом оговоренных в SLA гарантий качества обслуживания QoS.

Как уже отмечалось выше, организация полноценного АТМ-соединения, кроме организации физического канала (например, в 155 Мбит/с), предусматривает еще и выполнение некоторых 1файне важных функций, в частности, обеспечение системы QoS с помощью мощных механизмов описания и проверки соответствия трафика заданным параметрам.

Производительность сетей ATM, в основном зависит от простоты обработки ячеек в коммутационном оборудовании, которая основана на:

фиксированной длине ячейки-пакета;

высоком качестве физических трактов;

механизмах проверки и исправления одиночных ошибок в заголовках пакетов, реализованных на физическом уровне;

разграничении ячеек;

согласовании скорости ячеек с битовой скоростью системы передачи.

Основная нагрузка в узлах АТМ-сети ложится на уровень адаптации трафика, который все разнообразие протоколов верхних уровней сетевой модели ISO/OSI приводит к единообразию пакетов канального уровня в виде ячеек ATM.

Использование технологии ATM при построении опорной сети можно рекомендовать в следующих случаях:

загрузка каналов близка к предельной (выше 30%);

требуется передавать разнородный трафик с предоставлением различ* ных классов обслуживания (голос, данные, видео);

мультисервисной сети требуется не только технический запас, то есть маештабируемость пропорционально росту объема трафика, но и маркетинговый запас, то есть сохранение устойчивой и прогнозируемой работы при внедрении новых видов широкополосных интерактивных мультимедиа услуг;

доля голосового трафика качества РСМ и других пртшожений, использующих информационные потоки реального времени, в общей загрузке канала является существенной.

Можно сделать вывод, что технология ATM отлично подходит для построения магистральных каналов мультисервисной сети и способна эффективно агрегировать абонентский трафик разнородных сегментов абонентской инфраструктуры. Сети ATM используют на физическом уровне сети синхронной иерархии. Обычно в их основе лежат архитектуры типа SONET/SDH.

Технология DPT

Предпосылками для создания нового протокола канального уровня являются следующие недостатки в работе протокола поверх SONET/SDH:

Неэффективность использования полосы пропускания. SONET/SDH-коль- ца имеют специальные тайм-слоты, которые постоянно резервируют половину пропускной способности. Кроме того, поскольку SDH (SONET) относятся к классу TDM-технологий, то выделяется фиксированная полоса пропускания для «точка—точка» соединений, независимо от ее реальной загруженности.

Высокая стоимость и сложность реализации.

Попытка преодолеть перечисленные выше недостатки была сделана компанией Cisco Systems при разработке протокола DPT (Dynamic Packet Transport Protocol). Кольцо DPT состоит из двух противоположно направленных волокон, каждое из которых используется на конкурентной основе для передачи данных и управляющих пакетов.

Поскольку DPT использует структуру кадра SDH/SONET, то она может быть использована поверх любой инфраструктуры, включая:

сырое волокно;

WDM;

SONET/SDH «точка—точка» и кольцо.,

Данная способность к инфраструктурной прозрачности позволяет DPT функционировать и в гибридной среде. Естественно, DPT может работать поверх оптического волокна любого типа: многомодового для внутриузло- вых соединений или для одномодового для больших расстояний при реализации архитектур типа MAN и WAN.

DPT имеет ряд особенностей (Intelligent Protection Switching — IPS) для проведения мониторинга производительности, быстрого восстановления обычной топологии и IP-сервиса после неблагоприятных событий. Подобно механизму APS, существующему в SONET/SDH, IPS производит:

мониторинг производительности кольца, выявление мест неполадок и их изоляция посредством дополнительных байтов технологии SONET/SDH;

50 мс восстановление соединений и заворот кольца после определения неполадки на физическом уровне;

выстраивание иерархии коммутации в случае множественных столкновений или неполадок.

В отличие от APS, IPS производит дополнительные действия, оптимизирующие общую работу:

не использует SONET/SDH-подзаголовки в пакетах, если работа не производится поверх инфраструктуры SDH/SONET;

производит 50 мс восстановление IP-соединений без изменения таблиц маршрутизации;

требует не четко определенной зарезервированной полосы пропускания и оптимально изменяет путь следования пакетов, когда кольцо заворачивается;

многоуровневая осведомленность — IPS мониторит и управляет событиями на физическом, канальном и сетевом уровнях;

производит plug-&-play действия — не требуется заранее конфигурировать вновь подключаемые устройства.

Как следует из вышеизложенного, данная технология в первую очередь ориентирована на провайдеров услуг по передаче IP-трафика, особенно на тех, кто имеет действующую сеть SDH и задумывается о более эффективном использовании каналов. Рассматриваемая технология является собственной разработкой компании Cisco Systems, Inc. и находится на стадии принятия в качестве международного стандарта. Кроме того, значительное число мировых производителей сетевого оборудования заявили о своей поддержке новой технологии.

Технология DPT (высокоскоростная технология динамической передачи IP- пакетов) изначально была предназначена для построения нового поколения сетей масштаба города (MAN), оптимизированных под передачу пакетов. Технология DPT вобрала в себя основные достоинства современных сетей передачи данных, построенных на базе технологий SDH и Gigabit Ethernet. Одновременно с этим эта технология позволяет создавать новое поколение волоконно-оптических IP-сетей. В таких сетях, благодаря снижению протокольной избыточности, IP-пакеты передаются наиболее эффективно.

Технология DPT ориентирована в первую очередь на провайдеров услуг по передаче данных и позволяет отказаться от промежуточных уровней при передаче IP-трафика по сетям SDH. Основная идея состоит в создании нового стандарта 2-го уровня модели OSI, позволяющего напрямую инкапсулировать пакеты IP в кадры формата SDH. Таким новым МАС-уровнем в технологии DPT является протокол SRP (Spatial Reuse Protocol), исполь-

зующий стандартную МАС-адресацию. При этом внедрение новой технологии облегчается из-за того, что она позволяет использовать оптическую кабельную инфраструктуру, аналогичную SDH.

В качестве устройств опорной сети, поддерживающих технологию DPT, компания Cisco предлагает сегодня линейку старших маршрутизаторов (7200, 7500, 12000), которые могут оснащаться соответствующими интерфейсными модулями.

При работе устройств используются два основных механизма. Механизм равномерной загрузки каналов (fairness algorithm) позволяет независимым образом использовать пропускную способность каналов связи на различных участках кольца. А механизм замыкания каналов необходим в случае отказов каналов или устройств (Intelligent Protection Switching, IPS).

Предполагается, что сети, построенные на базе технологии DPT, имеют кольцевую топологию, хотя технология допускает и использование подключения типа «точка—точка». Узлы в кольце объединяются высокоскоростными волоконно-оптическими каналами связи на скоростях 155/622/2400 Мбит/с. Специализированный протокол IPS (Intelligent Protection Switching) обеспечивает отказоустойчивую работу сети при выходе из строя одного из узлов в кольце или при обрыве магистральной линии связи. Технология DPT обеспечивает такой уровень защиты от сбоя в сети, который аналогичен традиционным системам SDH,——при обрыве магистрального канала связи переход на альтернативный маршрут происходит менее чем за 50 мс. При этом не происходит перестройка таблиц маршрутизации в пограничных маршрутизаторах опорной сети.

Технология DPT позволяет использовать всю пропускную способность опорной сети (в отличие от технологии SDH, реализующей резервирование пропускной способности в сети на случай сбоя). Кроме того, специальные механизмы, реализованные в данной технологии, обеспечивают необходимый уровень приоритезации и статистического мультиплексирования пакетов.

Ключевыми преимуществами DPT являются:

Эффект ивност ъ использования кольцевой топологии. В отличие от других кольцевых технологий, таких как FDDI и Token Ring, где данные удаляются из кольца только после подтверждения о получении их адресатом, здесь они удаляются получателем и, следовательно, не используют дополнительную пропускную способность.

Алгоритм «справедливого» использования. На каждом узле кольца запущена процедура данного алгоритма, позволяющая избежать штормовых ' нагрузок на кольцо и оптимизировать передачу пакетов до адресатов.

Двойное кольцо. Оба кольца DPT используются конкурирующим образом для передачи трафика.

Статистическое мультиплексирование. В отличие от TDM не используются фреймы, содержащие тайм-слоты, и не резервируется полоса пропускания. DPT анализирует использование кольца различными узлами и выделяет полосу пропускания с очень гибкой процедурой буферизации.

Применение технологии DPT для построения магистральной сети можно рекомендовать в первую очередь для сервис-провайдера, предоставляющего услуги по передаче трафика в IP-сетях. При этом передача голосового трафика в данной сети будет возможна только в виде VoIP и потребует специального шлюза для доступа в телефонные сети общего пользования.

Технология Gigabit Ethernet

Протоколы Ethernet ——это семейство хорошо известных технологий локальных сетей. Ожидается, что в мультисервисных сетях общего пользования масштаба города MAN (Metropolitan Area Network) или региона WAN (Wide Area Network), Gigabit Ethernet, а в недалеком будущем, и 10 Gigabit Ethernet, найдут широкое применение при построении мультисервисных сетей общего пользования.

Технология Gigabit Ethernet основана на широко распространенном сегодня стандарте IEEE 802.3z. Этот стандарт был принят в 1997 году. Он определял физический и канальный уровень среды переноса трафика. При этом предусматривалась пропускная способность каналов в IGb/s как для медной, так и для оптической кабельных инфраструктур.

В целях существенного сокращения времени на разработку рекомендации для оптической инфраструктуры нового стандарта Ethernet, были полностью заимствованы из рекомендации стандарта Fibre Channel. Этот стандарт использует алгоритм линейного кодирования на основе блочного кода 8Ь/10Ь. Были использованы протоколы физического уровня FC-О (интерфейсы и среда) и FC-1 (кодирование/декодирование). Переход на этот метод кодирования снизил вероятность битовой ошибки, обусловленной температурной нестабильностью передатчика. При использовании алгоритма линейного кодирования 8Ь/10Ь максимальное число (256) кодовых последовательностей, которые предназначены для передачи данных, в четыре раза меньше, чем общее число возможных кодовых слов. Наличие такого запаса позволяет выбрать информационные кодировки таким образом, чтобы обеспечить возможность взаимной синхронизации генераторов и, кроме того, обеспечить баланс физических соединений по постоянному току. Баланс достигается за счет того, что кодовые последовательности на входе и выходе кодека имеют четное число бит, что позволило равную частоту использования 0 и 1 в битовой последовательности. Помимо этого, при таких скоростях потребовалось увеличение коллизионного домена, для чего размер минимального кадра был увеличен до 4096 бит (512 байт).

Ограничения по производительности маршрутизаторов, связанные с программной реализацией дайтаграммной обработки нотаций, также были устранены за счет применения аппаратно реализованных алгоритмов и комбинированных схем механизмов обеспечения качества QoS.

Техническая реализуемость в мультисервисных сетях на основе среды Ethernet интерактивных мультимедиа приложений реального масштаба времени обусловлена:

расширением полосы пропускания;

новыми реализациями маршрутизаторов;

применением механизмов по обеспечению качества услуг по стандартам IEEE 802.1P/Q.

Стандарт 802.1Р определяет уровни приоритетов (VLAN и группы multicast вещания), а также каким образом используется технология К£\С-адресации (интерфейсами оптических инфраструктур — FDDI, Token Ring, и т.п.). Этот стандарт тесно связан с 802.1Q, который определяет формат фреймов и методы их интерпретации в технологии МАС.

Помимо этого, 802.1Q определяет формат фреймов для 4,096 идентификаторов виртуальных сетей VLAN ID, восьми уровней приоритетов, возможности инкапсуляции для взаимопроникновения и различения форматов канонического Ethernet и неканонических Token Ring, FDDL

Применение стандартов 802.IP и 802.1Q позволяют устанавливать параметры качества обслуживания QoS в любом МАС-фрейме, определяя как данный фрейм должен обрабатываться в узлах сети (коммутаторы или маршрутизаторы). Помимо этого, внедрение классов сервиса CoS, определяемых DiffServ, задает параметры качества обслуживания QoS по релевантной схеме, что позволяет реализовать DifTServ на канальном уровне среды Ethernet. Однако эти стандарты не определяют конкретные значения контролируемых параметров, гарантирующих качество обслуживания, так как они очень зависимы от топологии сети и характера нагрузки в ней. Уточнение этих стандартов ——предмет дальнейших исследований.

По прогнозам специалистов применение оптической инфраструктуры в сетях Ethernet, создает предпосылки к интеграции технологий локальных (LAN) и глобальных (WAN) сетей с технологией MAN, что обеспечит создание упрощенной, более однородной и «сквозной» сети LAN/MAN/WAN, оптимизированной для высокоскоростной передачи потока данных.

По своей архитектуре MAN представляет собой нечто среднее между локальными и глобальными сетями. Основными технологиями, мигрирующими в сети MAN из мира LAN, являются:

магистральный Ethernet, работающий на «темном» оптоволокне (100Base-LH и 1000Base-LH);

грубое спектральное мультиплексирование (4…8 入)с разделением по длине волны (CWDM);

10-гигабитный Ethernet.

В свою очередь, основные технологии WAN-сетей, перешедшие в инфраструктуру MAN, таковы:

плотное спектральное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM);

оптическое усиление;

передача пакетов по SONET/SDH;

передача пакетов поверх DWDM (32…256 入)；

пакетная кольцевая технология (ведется разработка стандартов);

многопротокольная коммутация пакетов на основе меток (MPLS) и многопротокольная коммутация сигналов с разными длинами волн (спектральная коммутация — Multiprotocol Lambda Switching, MP1S).

Теоретически высокоскоростные сети, как с синхронной, так и с асинхронной средой передачи данных, способны обеспечить потребности любой службы и могут служить основой для магистральных сетей оператора мультисервисной сети. Однако концепции реализации, положенные в основу этих двух типов сетей, накладывают определенные ограничения на области их применения, что требует более тщательного изучения данного вопроса при выборе технической политики оператора мультисервисной сети.

Более всего данная технология может быть востребована при построении опорной части крупной корпоративной сети. Стремительное увеличение использования Web-технологий в сочетании с наличием большого числа пользователей, которые работают с традиционными приложениями типа передачи файлов, электронной почты и т.п., приводит не только к росту потоков данных, но и к иному перераспределению этих потоков между ЛВС и опорными сетями.

Большая часть потоков данных пересылается теперь не между сервером и рабочей станцией, как это было раньше, а идет по опорной сети до централизованно установленных серверов. Кроме того, необходимость увеличения полосы пропускания связана еще и с такими факторами, как: рост мощности процессоров ПК у конечных пользователей, необходимость работы с мощными и сложными прикладными программами, увеличение размеров пересылаемых файлов, передача видео и голоса.

До сих пор из всех сетевых протоколов Ethernet остается самым распространенным, а с появлением технологии Fast Ethernet, которая позволила повысить полосу пропускания с 10 Мбит/с до 100 Мбит/с, область применения Ethernet расширилась еще больше. Поэтому естественной выглядит попытка увеличить производительность, обеспечивая при этом преемственность с широко распространенной технологией Ethernet.

Gigabit Ethernet предлагает дальнейшее увеличение полосы пропускания на основе самой распространенной на сегодняшний день сетевой технологии. Уже очень скоро на рынке можно будет ожидать появления устройств, поддерживающих стандарт IEEE 802.ЗаЬ, который определит протоколы 10 GIGABIT ETHERNET. В связи с этим вполне естественно выглядят проекты, где технология GIGABIT ETHERNET используется для построения опорной части корпоративной сети. Такое решение является наиболее экономичным, поскольку позволяет отказаться от специального каналообразующего оборудования и использовать в качестве опорных устройств корпоративной сети центральные маршрутизирующие коммутаторы, используемые в ЛВС узлов. Это позволяет достичь приемлемой степени отказоустойчивости и обеспечить пропускную способность оптических каналов связи на уровне 1 Гбит/с (с учетом полного дуплекса). Восстановление сети в случае отказов отдельных устройств будет осуществляться за счет соответствующих алгоритмов и протоколов маршрутизирующих коммутаторов.

Исходя из вышеперечисленных особенностей, следует, что такое решение наиболее оправданно для построения опорной части крупной корпоративной сети.

Достоинства и недостатки широкополосных технологийТаблица 6

Технология

Достоииствв

Недостатки

ATM

Динамическое управление полосой пропускания каналов связи, обеспечение устойчиаости сети при почти 100% утилизации полосы пропускания.

Предостааление QoS для различных типов трафика.

Возможность управления трафиком — управление перегрузками.

Возможности эффективного резервирования каналоа связи и оборудования.

Возможность интегрироаания самых различных типов трафика, включая голос, данные, видео высокого качества.

Возможность экономии полосы пропускания за счет специальных, стандартных технологий обработки голосового трафика.

Возможность эмуляции «прозрачных» каналов связи.

Соаместимость с N-ISDN-сетями.

Совместимость с технологией FR и предоставление сервисов пользователям FR.

Возможность маршрутизации коммутируемых соединений средствами протокола P-NNI.

Используя технологию MPLS, оператор опорной сети ATM может динамически коммутировать трафик IP по опорной сети ATM а реальном масштабе времени. При этом появляется уникаль* ная возможность предоставлять средстаами ATM необходимый QoS для 1Р-трафика

Сложность технологии.

Относительно аысокие цены оборудования.

Наличие частных решений от отдельных производителей

Таблица 6 (продолжение)

Технология

Достоинства

Недостатки

DPT

более полное (по сравнению с ТОМ*технологиями) использование полосы пропускания.

Выделенке меньшей части полосы пропускания под резервирование по сраанению с SDH.

Возможность построения скоростной сети передачи пакетов (IP-сеть) без наложения дополнительных промежуточных протоколов 2-го уровня модели OSf.

Возможность напрямую организовать сервис VofP.

Использование технологии MPLS позволяет осуществлять высокоскоростную доставку пакетов с требуемым качеством обслужиаания и высокой степенью защиты информации.

Наличие протокола SRP (Spatial Reuse Protocol) позволяет вести одновременный обмен данными между любыми узлами в сети, то есть имеется возможность загрузки различных участков однсеременно.

.Вся обработка транзитного трафика осуществляется прямо на интерфейсном модуле; при этом только трафик, предназначенный для конкретного узла, обрабатывается центральным процессором узлового маршрутизатора, что снижает загрузку маршрутизатора.

Возможность приоритезации трафика (по две очереди в буферной памяти на интерфейсных модулях) и возможность задааать соответствие с очередями в буферной памяти маршрутизатора

Невозможность организации «прозрачных» каналов.

Менее развитые возможности приоритезации трафика по сравнению с ATM.

Несовместимость с оборудованием других производителей.

Утилизация полосы пропускания относительно ATM невысока ~7。％

GIGABIT

ETHERNET

Низкая удельная стоимость на порт оборудования.

Передача мультимедийного трафика технически может осуществляться за счет соответствующих технологий и протоколов IP

Для подключения сторонних организаций и предоставления услуг по транспорту трафика необходимы специальные меры по защите сетевых и информационных ресурсов мультисервисной сети, что потребует установки дополнительного оборудования и существенно увеличит стоимость проекта.

Достаточно сложно проводить дифференцированную политику безопасности для различных участков сети; возможным решением здесь является использование технологии MPLS.

Возникнут сложности в отношении учета трафика при предоставлении услуг сторонним организациям.

Масштабируемость опорного участка сети будет иметь Значительные ограничения, связанные с работой маршрутизирующих протоколов на коммутаторах опорных узлов и с количеством узлов в опорной части сети. Кроме того, в значительной мере возрастет время восстановления сети при отказах

^nл

Сравнительный анализширокополосных технологий

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики каждой из рассматриваемых технологий построения опорной широкополосной сети. Важно отметить, что только технология ATM позиционируется как универсальная технология переноса разнородного трафика в том числе и IP, а технологии DPT и GIGABIT ETHERNET предназначены для переноса только трафика IP. Сравнение технологий с точки зрения критериев, определенных в предыдущих разделах, приведено в табл. 7. 、，

Сравнительный внализ широкополосных технологийТаблица 7

Критерий

ATM

DPT

GIGABIT ETHERNET

Мультисервисность

отлично

хорошо

удовл.

Поддержка QoS

ОТЛИЧНО

хорошо

нвт

Безопасность информации пользователя

отлично

хорошо

удовл.

Масштабируемость

отлично

ОТЛИЧНО

удовл.

Поддержка традиционных сервисов оператора

отлично

удовл.

нет

Управление трафиком

ОТЛИЧНО

хорошо

удовл.

Утилизация трафика

отлично

хорошо

удоал.

Стандартизация

отлично

удоал.

отлично

Стоимость реализации

удов л.

хорошо

отлично

В табл. 7 даны оценки соответствия каждой из рассматриваемых технологий выдвигаемым критериям. Необходимо учитывать, что в отдельных случаях можно достичь улучшения соответствия критерию за счет дополнительных накладных расходов, но это в свою очередь увеличит стоимость решения. Кроме того, технология DPT не рекомендована для использования на сетях операторов электросвязи в Российской Федерации.

Вывод.

Наиболее целесообразной для применения на сети оператора электросвязи является технология ATM.

Некоторый проигрыш в стоимости оборудования и величине первоначальных затрат технология ATM с избытком компенсирует своими эксплуатационными характеристиками, к тому же практика развития технологий показывает, что ее стоимость обратно пропорциональна объемам ее внедрения и, соответственно, объемам производства.

~ * СРАВНИТЕЛЬНЫЙ Т АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ АГРЕГИРОВАНИЯ ДОСТУПА И УСЛУГ

Основной задачей анализа сервисных сетей является определение наиболее перспективных направлений их развития. В ходе анализа для каждой из сервисных сетей определяются их основные характеристики со следующих точек зрения:

универсальность базовой технологии коммутации при переносе пользовательского трафика различного назначения;

степень охвата различных групп пользователей;

перспективность технологии в части эффективного расширения полосы пропускания и состава сетевых сервисов;

способность технологии к обеспечению и объективному контролю качества сетевых услуг и сервисов.

Современный уровень развития технологий коммутации и переноса информационных потоков пользователя характеризуется, отсутствием универсальной технологии, способной стать основой мультисервисной сети (в широком смысле, т.е. обеспечить и высококачественный перенос трафика, и формирование услуг) и решить комплекс телекоммуникационных задач одновременно для пользователя и оператора сети. Так, ориентируясь на услуги с хорошо контролируемым качеством и средствами доведения услуг до пользователя, мы обращаемся к технологии коммутации каналов (ISDN), но при этом получаем неудовлетворительное масштабирование полосы пропускания и неэффективное использование полосы пропускания базовой сети. Если основное внимание уделять гибкости управления полосой про-

пускания и минимальным затратам на адаптацию пользовательских установок к базовой сети, как правило, обращаются к технологии коммутации пакетов IP, но при этом практически утрачивается контроль качества услуги и к тому же остается невысокой эффективно используемая полоса пропускания, Технология ATM, разработанная специально для перенесения разнородного трафика в широкой полосе частот с гарантированным качеством сервиса, хорошо зарекомендовала себя в качестве основы базовой сети, но пока еще не получила широкого распространения в пользовательской среде, к тому же пользовательские установки ориентированы, как правило, или на коммутацию каналов (телефония ISDN), или на коммутацию пакетов (IP).

Очевидно, что решение поставленной задачи заключается в оптимальном сочетании наиболее сильных сторон упомянутых технологий, их суперпозиции и ориентации на построение комплексной сети. В этом случае на передний план выступают задачи:

определения точек стыковки различных сетей;

распределение зон ответственности между оператором сети, провайдером сервисов и пользователем;

определение механизмов и средств управления сетевыми сервисами и их качеством.

Основу межсетевого взаимодействия составляют средства согласования протоколов, определяющих функционирование различных сетей. Протокольное согласование может обеспечиваться как функция портов одной сети, предназначенных для адаптации информационного потрка другой сети, или средствами специализированных выделенных устройств, называемых шлюзами (GATEWAY). Рассматривая состав сетевых сервисов, можно выделить точки переноса пользовательского трафика из одной сети в другую, тем самым, определив состав сетевых шлюзов. С другой стороны, рассматривая трудности развития того или иного вида сервиса для конкретной сервисной сети можно попытаться определить направление развития определенных сервисов за счет свойств и возможностей другой сети. Так, например, развитие сервисов типа голос поверх IP (VoIP) или видеоконференция поверх IP затрудняются из-за отсутствия в широкополосной сети IP эффективных механизмов обеспечения:

гарантированной скорости абонентского канала;

гарантированного времени доставки информационных блоков;

контроля качества сервиса, а также непредсказуемости перегрузок магистральных каналов.

В то же время, обеспечив доведение трафика IP по каналам ATM с гарантированным качеством, представляется возможным продвижение указанных услуг в рамках технологии IP.

Сеть ISDN

Речевые услуги

Появление сети ISDN, как сети речевых сервисов, в значительной степени продвинула качество речевых услуг и в настоящее время ISDN является, пожалуй, самой развитой и совершенной технологией доставки речевого трафика. Кроме того, речевой сервис является наиболее доходной сферой деятельности оператора связи. В то же время, ISDN, являясь одной из самых доступных и развитых сервисных сетей, не стала, да и не могла стать универсальной технологией услуг связи в силу ограниченности предоставляемой пользователю полосы пропускания для задач передачи данных. Магистральные линии сети ISDN рассчитаны на пропуск речевого трафика. Отсутствие механизмов динамического управления полосой пропускания привело операторов электросвязи к необходимости построения специализированных сетей передачи данных.

Сильными сторонами ISDN по-прежнему остаются широкая (если не всеохватывающая) абонентская зона, цифровое соединение из конца в конец, высокое качество прохождения сигнала и эффективное разделение несущих и сигнальных каналов. Все эти свойства ISDN позволяют рассматривать ее как одну из важнейших составных частей перспективной мультисервисной сети для решения следующих задач:

обеспечение базовой коммутации речевых (факсимильных) каналов, что позволяет объединить традиционную телефонию с сетями мобильной и транкинговой связи;

обеспечение базовой коммутации речевых (факсимильных) каналов для поддержки речевых сервисов (VoATM, VoIP), ориентированных на передачу пакетов;

обеспечение последней мили для пользователей частного сектора для доступа в Internet и к другим сервисным сетям;

организация соединений видеоконференцсвязи (ВКС) для корпоративных пользователей и частного сектора на коммерческой основе.

Приведенный список является далеко не полным и отражает те виды сервисов, которые с очевидностью могут быть востребованы и способны дать быструю коммерческую отдачу.

Услуги передачи данных в сети ISDN

Обеспечение базовой коммутации речевых каналов является естественной функцией сети ISDN и подключение операторов сотовой и транкинговой связи к сети ISDN очевидно уже реализовано. Для подключения пакетных речевых сервисов возникает необходимость организации соответствующих

шлюзов с пакетными сетями. Скорее всего, эти шлюзы будут представлять собой специализированные порты коммутаторов или маршрутизаторов пакетных сетей, выполняющие две базовых функции шлюза: восстановление непрерывного речевого сигнала из пакетной формы (если это необходимо, то и компрессию/декомпрессию сигнала), а также протокольное согласование сетей. Как правило в направлении ISDN шлюзы поддерживают стык El (G.703, G.704) с протоколами сигнализации DSS1 и QSIG. Успешность введения пакетных речевых сервисов во многом зависит от того, в какой степени реализованы механизмы качества сервиса (QoS) для пакетных речевых каналов. Наиболее целесообразным для предоставления речевых пакетных услуг является использование механизмов IP поверх ATM.

В настоящее время спрос на услуги ВКС активно растет. Реализация услуг ВКС достаточно глубоко проработана в двух зонтичных пакетах рекомендаций ITU-T Н.320 (коммутируемые каналы ISDN) и Н.323 (системы пакетной коммутации IP/IPX/Ethernet). С коммерческой точки зрения этот вид услуги может быть востребован как в корпоративном, так и частном секторах рынка телекоммуникационных услуг.

Организация ВКС предусматривает как видеоконференцсвязь типа «точка-точка», так и «точка—много точек». Для организации соединений с полосой пропускания более 64 Кбит/с Н.320 предусматривает использование функции BONDING, обеспечивающей связывание нескольких базовых каналов 64 Кбит/с в один канал большей пропускной способности. Для услуг видеоконференц-связи типа «точка—много точек» необходимы специализированные серверы MCU. MCU-серверы способны не только поддерживать нескольких многоточечных ВКС, но и обеспечивать функцию шлюза ISDN/IP для проводимых сеансов ВКС. MCU представляет собой сложное и дорогостоящее устройство. По этой причине далеко не каждый корпоративный пользователь имеет возможность приобрести подобное устройство для частного использования. Другое дело MCU — в распоряжении оператора. Коммерческое использование MCU оператором позволило бы предоставить услугу ВКС широкому кругу корпоративных клиентов, и в том числе федеральных организаций. Необходимо отметить, что в этом случае оператор может предоставлять услуги ВКС вне зависимости от способа подключения пользователя к сети (через ISDN или IP). Так же как и в случае речевых услуг, необходимо большое внимание уделять контролю качества переноса трафика ВКС через 1Р-среду.

Изохронность трафика, то есть однородность его по времени доставки, является очень важным качеством услуг реального времени, в частности, услуг видеоконференц-связи. Отсутствие механизмов, обеспечивающих гарантии времени доставки пакетов, сильно проявляется в условиях непредсказуемости перегрузок в магистральных каналах среды Ethernet. Это существенно снижает качество услуги ВКС. Наиболее целесообразным является реализация IP поверх ATM.

Шлюз V5.2 в мультисервисную сеть

Для организации доступа в Internet широкого круга пользователей частного сектора до недавнего времени наиболее типичным являлся коммутируемый доступ (Dial-Up) через модемный пул к провайдерам Internet. Этот модемный пул выполнял функции шлюза из коммутируемой телефонной сети в Интернет-среду. Телефонная сеть ориентирована на разделение соединительных магистралей по времени занятия： Поэтому Dial-Up-сессии создают существенную дополнительную нагрузку в этой сети, из-за того, что длительность модемного подключения к линии существенно превышает расчетное разговорное время занятия. В совокупности большое число модемных соединений может приводить к блокировкам в телефонной сети. При необходимости организации защиты соединительных магистралей сети ISDN от DialUp-трафика доступа в Internet целесообразно организовывать отвод Dial-Up-трафика на АТС с большой концентрацией модемных пользователей. Отвод трафика может обеспечиваться серверами доступа, являющимися по существу шлюзами между телефонной сетью и сетью передачи данных.

В настоящее время сети передачи данных и коммутации каналов поменялись местами. До недавнего времени, в качестве магистральной сети использовалась сеть речевых услуг с 2 Мбит/р магистралями (за счет своей развитой инфраструктуры). xDSL-технологии используют ту же кабельную инфраструктуру, но по технологии коммутации пакетов. Они позволяют шлюзовать речевой трафик в ISDN-сети через цифровые коммутаторы, агрегирующие абонентские порты и поддерживающие ОКС 7 и протокол V5.2 для взаимодействия между узлами сети.

Магистральные сети передачи данных используют скорости транспортировки в пределах оператора сети типа MAN, достигающие десятки и сотни Мбит/с, а для транснациональных магистралей скорость транспортных потоков в тысячи раз больше. Пакетный характер транспортного потока позволяет эффективно сбалансировать нагрузку каналов трафиком, сгенерированным произвольным сочетанием приложений, нуждающихся в различных скоростях транспортировки. Поэтому, именно они берут на себя роль базовых магистральных сетей, объединяющих различные узлы мультисервисной сети.

Расширение спектра услуг-Концепции IN и NAE

Задачами современных телекоммуникаций являются обеспечение доступа к абонентам^ обеспечение доступа к информации и обеспечение мобильности. Эти задачи, в основном, и стимулировали развитие концепции Интеллектуальной сети в ее современной трактовке, ориентированной на три разные, но все более перекрывающиеся инфраструктуры: телефонные сети, сеть Интернет и сети мобильной телефонной связи.

Концепция Интеллектуальной сети представляет собой способ быстро создавать новые телекоммуникационные услуги, обеспечивая одновременную и повсеместную доступность этих услуг абонентам базовой телефонной сети общего пользования. Введенная Международным союзом электросвязи ITU-T, эта концепция IN определяет архитектуру аппаратных и программных средств, предусматривающую обмен между коммутационной системой и сетью Во время организации связи вызовами специальных процедур. Исполнение этих процедур может управлять процессами коммутации и иными сетевыми ресурсами с целью «интеллектуальной» маршрутизации, начисления платы, взаимодействия с пользователем. Первые стандарты IN, известные как CS-1, позволяют реализовать довольно широкие (для абонентов ТфОП) возможности. Выпущенные в развитие концепции стандарты CS-2, а также перманентно находящиеся в стадии подготовки стандарты CS-3 и CS-4, потенциально могут обеспечить гораздо большие возможности.

Главное же значение IN для современных телекоммуникаций в основной идее, состоящей в том, чтобы отделить процессы традиционной коммутации от процедур предосташтения новых услуг. Актуальность этой идеи на уровне ТфОП обусловлена тем, что в условиях жесткой конкурентной борьбы оператор сети связи должен уметь предоставлять услуги, ориентированные на группы пользователей с сильно различающимися потребностями, и иметь возможность быстро создавать и развертывать эти новые услуги.

Рис- 77. Структура интеллектуальной сеги

Дальнейшее развитие этих идей позволило перейти от интеллектуализации телефонных услуг к созданию конвергентных сетей. Конвергентные решения обеспечивают:

взаимопроникновение сетей телефонии и передачи данных;

миграцию услуг Internet в сети мобюшрй или фикофованной телефонии;

создание универсального центра обмена сообщениями;

ввод понятия интегрированной среды сетевых приложений.

Технологии xDSL

Технология xDSL предназначена для существующей инфраструктуры медных кабелей оператора связи. Она служит основой 曲я создания абонентской мультисервисной сети, способной совместить все достоинства ТФОП и выделенных каналов сети передачи данных с коммутацией пакетов. В ее основе лежит идея частотного уплотнения существующих каналов связи с помощью сплитгеров/комбайнеров, совмещающих речевой и пакетный трафик.

Принципы организации услуги xDSL

Услуга xDSL организуется с помощью модема xDSL и стойки модемов xDSL, называемой DSL Access Module. Практически все DSLAM оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет использовать на узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Однако применительно к DSLAM операторского класса, как было показано в главе 5, должны выполнять функции ATM-концентратора и встраиваться в магистральную сеть передачи данных с помощью интерфейсов STM-1 или STM-4/STM-16, так как только в этом случае у оператора оказывается достаточно инструментальных средств для контроля качества предоставляемых услуг.

Скорости, предоставляемые модемами xDSL, 1фатны скоростям цифровых каналов Tl, Е1 (1,5 или 2,0 Мбит/с, соответственно). Одним из основных преимуществ технологии xDSL является возможность использования уже существующих (проложенных и реально работающих) медных пар проводов абонентских телефонных линий, которых имеется по всему миру огромное количество. При этом, для передачи по одной телефонной линии кроме голоса еще и данных используется ранее пропадавший совершенно зря частотный спектр.

Использование технологии xDSL является великолепным решением обеспечения высокоскоростного доступа, как для частных абонентов, так и для небольших офисов. Данная технология обеспечивает высокую скорость передачи данных, соединение всегда установлено и более надежно, чем коллективно используемые пользователями кабельные модемы. Пользователи могут работать или учиться, не выходя из собственного дома. Предприятия малого бизнеса могут использовать данное соединение в том случае, когда другие системы обеспечения высокосюростной передачи данных им просто《не по карману».

Большая часть персональных компьютеров уже использует телефонные линии для доступа по модему. Те же самые телефонные линии — это все, что требуется для связи xDSL-модема с компьютерной сетью. Это положение особенно актуально в условиях перегруженности городских АТС модемным трафиком и грядущим введением повременной оплаты за телефон- । ную услугу. В качестве потребителей xDSL-услуг на первый план выходят | фирмы средних масштабов и компании с большим количеством филиалов- i Если учесть, что стоимость оборудования и услуг любой технологии умень-；

дщается по мере ее внедрения, то имеет смысл уже сейчас начинать внедрение этой технологии, в первую очередь, телефонными компаниями.

Отдельные телефонные компании планируют предоставление услуг xDSL в виде двухточечных соединений, что во многом похоже на нынешние^услуги по выделенным линиям Е1/Т1 и ЕЗ/ТЗ. Технически хорошо оснащенные компании могут даже создавать собственные территориальные сети для xDSL, арендуя линии связи у местной телефонной компании и устанавливая на них собственное оборудование xDSL.

По некоторым характеристикам xDSL имеет сходство с ISDN. В частности, для применения Обеих технологий необходимо отсутствие электрического «шума» в используемых медных телефонных кабелях, а также сравнительно небольшая удаленность (как правило, менее 6 км) от центральной станции телефонной компании. Инфраструктурой для xDSL служат телефонные линии связи, поэтому для эксплуатации в районах, отведенных под промышленные предприятия, эта технология более экономична, чем применение специальных кабелей. На городских территориях с очень плотной застройкой большая часть офисов находится в пределах допустимых ограничений на длину кабелей для xDSL; хотя стоит учесть, что в отдельных крупных городах телефонная сеть слишком зашумлена, что может стать препятствием для повсеместного внедрения этой технологии.

Большая популярность xDSL-решений среди операторов обусловлена возможностью использовать ее как аппаратуру уплотнения за счет технологии VoDSL, которая позволяет по одной паре проводов предоставлять без потери качества до 16 компрессированных речевых каналов параллельно с каналом передачи данных.

DSL и IDSL

DSL — «цифровая абонентская линия». Она позволяет использовать существующие линии связи для передачи цифровой информации по одной витой паре. Скорость соединения достигает 160 Кбит/с. При этом, соединение симметрично, то есть в прямом и обратном канале поддерживается одинаковая скорость. Технология разрабатывалась для организации цифровой абонентской линии со скоростями ISDN BRL Сейчас существуют модификации оборудования DSL — Fast DSL, передающие информацию со скоростью до 256 Кбит/с. DSL поддерживает аналоговую телефонную линию.

Стандартный метод линейного кодирования — 2B1Q — применяется практически во всех типах оборудования xDSL, за исключением оборудования подсемейств ADSL и VDSL.

Максимальное расстояние (то есть максимальная длина двухпроводной линии, на которой может работать аппаратура) для этой технологии составляет 7,5 км при диаметре жилы кабеля 0,5 мм.

Реализация в оборудовании DSL интерфейса ISDN BRI получила название IDSL. В оборудовании IDSL не предусматривается поддержка аналоговой телефонной линии, так как телефонная связь может осуществляться по цифровым каналам ISDN.

HDSL, SDSL, FDSL и SHDSL

Дальнейшим развитием DSL стала технология высокоскоростной цифровой абонентской линии HDSL (High-bit-rate DSL). Оборудование HDSL обеспечивает дуплексный (симметричный) обмен на скорости 768 или 1024 Кбит/с по одной паре и 2048 Кбит/с (Е1) по двум-трем парам обычного кабеля без подбора параметров и симметрирования. Система является одноканальной: по каждой паре проводов осуществляется и прием, и передача информации. Неисправность в одной паре кабеля не приводит к прекращению передачи, а только ее скорость.

Оборудование HDSL в основном предназначено для применения в корпоративных сетях. Отсутствие поддержки аналоговой телефонной линии компенсируется возможностью передачи речи в цифровом виде через интерфейсы Е1.

В технологии HDSL можно увеличивать дальность передачи за счет применения повторителей (repeater). При этом, благодаря стандартной ширине спектра передачи (80..,240 кГц), допустимо использовать повторители одного производителя для увеличения дальности передачи оборудования HDSL, выпущенного другой фирмой. Помимо этого появилось решение FDSL, реализующее HDSL-соединение по оптическому волокну на большие расстояния со скоростями до 8 Мбит/с.

SDSL (Single Pair DSL) — разновидность технологии HDSL. Системы SDSL обеспечивают дуплексную передачу потока 2048 Кбит/с по одной паре проводов на расстояние 3...4 км при диаметре жилы кабеля 0,4-0,5 мм.

Сейчас не делают существенного различия между технологиями HDSL и SDSL и выпускают оборудование HDSL, передающее информацию, как по нескольким, так и по одной паре проводов. Также иногда название SDSL расшифровывают как Symmetric DSL, подчеркивая тем самым симметричность потоков информации.

SHDSL — это промышленный стандарт, принятый Международным союзом электросвязи. Он позволяет поддерживать скорость приема и передачи данных до 2,3 Мбит/с по одной медной телефонной паре и до 4,6 Мбит/с по двум парам. Эта технология допускает использование репитеров, что позволяет сервис-провайдерам обслуживать абонентов, проживающих на расстоянии до 18,5 километров от сервисного сетевого узла. Каналы SHDSL могут сосуществовать с каналами ADSL.

6.2Л. ADSL, UADSL и RADSL

ADSL и RADSL функционируют на уже имеющихся телефонных линиях, предназначенных для речевой связи, и не мешают обслуживанию обычных телефонных соединений.

Асимметричное DSL (Asymmetric DSL) — дальнейшее развитие технологии HDSL ——в настоящее время является наиболее «продвинутой» в семействе xDSL. Это соединение обеспечивает асимметричную передачу данных по электрическому кабелю. Скорость потоков достигает 8 Мбит/с в одном направлении (как правило, в сторону пользователя) и 1 Мбит/с — в другом. По широкому входящему каналу абонент получает данные из Интернет или видео, а исходящий используется для отправки запросов на получение информации. Следует отметить, что пропускной способности исходящего канала достаточно для передачи электронной почты, файлов и для проведения голосовых переговоров через Интернет.

ADSL-соединение ориентировано на абонентов квартирного сектора и, благодаря применению внутренних или внешних речевых разделителей, позво- .ляет вести обычные телефонные переговоры.

Указанные выше предельные скорости передачи в прямом и обратном на- лравлении могут быть снижены в зависимости от конкретного типа оборудования, кабеля и требуемой протяженности абонентской линии. Оборудование ADSL способно автоматически или принудительно конфигурироваться, чтобы на конкретной абонентской линии достичь максимальной скорости передачи с минимальным коэффициентом ошибок.

Существует вариант технологии ADSL, называемый UADSL (Universal ADSL). Эта версия является упрощенным вариантом цифрового доступа и потому более дешева. Она ориентирована на абонентов квартирного сектора. Максимальные скорости обмена в ней снижены до 1,5/0,384 Мбит/с и упрощена настройка. При скорости 1,5 Мбит/с невозможно получать передачи кабельного ТВ, как в ADSL, но этого вполне достаточно для доступа абонента в Интернет.

Разновидностью ADSL является технология RADSL (Rate-adaptive DSL), которая может функционировать в асимметричном режиме как ADSL и в симметричном ——как HDSL. RADSL-соединение позволяет отслеживать текущий уровень затухания в соединительной линии (электрические параметры и уровень помех) и динамически регулировать пропускную способность каналов связи, а также поддерживать максимально возможную сксфость передачи при требуемом минимальном уровне ошибок в канале связи.

Особенностью алгоритма RADSL является его способность постепенно снижать скорость обработки данных, если на линии не удается достичь обслуживания DSL-соединений с максимальным быстродействием.

VDSL/PDSL

Технология VDSL (Very High-bit-rate DSL) находится в стадии разработки. Ожидается, что с ее помощью будет достигнута скорость передачи по медной абонентской линии от 12 до 51 Мбит/с. Наряду с медным кабелем рассматривается возможность использования оптического кабеля (FDSL). Оборудование VDSL может функционировать в режиме как асимметричных, так и симметричных цифровых потоков.

Существующие образцы аппаратуры VDSL обеспечивают организацию канала связи при максимальных скоростях передачи на расстояние, не превосходящее нескольких сотен метров. Применение оптического кабеля позволит значительно увеличить дальность связи, но потребует замеды существующих медных абонентских кабелей.

Технология PDSL обеспечивает передачу данных и речи, а также связь с Internet со скоростью 2 Мбит/с по линиям электропередачи (4...20 кВ) или силовым управляющим кабелям. Решение является идеальным для реализации услуг с высокой скоростью передачи данных по кабелям, рассчитанным на среднее напряжение. Используемые прикладные интерфейсы (G.703, Х.21, V.35, V.36 и lOBaseT Ethernet) обеспечивают возможности включения в сети учрежденческих телефонных станций с исходящей и входящей связью (РВХ), установления соединений между локальными сетями, а также установления каналов связи с Internet. Кроме областей применения, связанных с высокой скоростью передачи, эти системы облегчают традиционные виды работ, выполняемых компаниями, занимающимися производством электроэнергии, например, управление нагрузкой и дистанционный контроль. Кабели, рассчитанные на среднее напряжение, обеспечивают маршруты передачи. Соединение с силовыми кабелями выполняется в коммутационных центрах, на подстанциях или трансформаторных станциях.

Границы применимости xDSL

Трансформация существующей инфраструктуры медных кабелей, эксплуатируемой операторами связи, в универсальную среду доставки абонентского трафика мультисервисной сети имеет относительно высокий потенциал на абонентской линии. Однако рост спроса на широкополосные услуги может быть существенно ограничен пропускной способностью канала, обеспечивающего подключение узла абонентского доступа в магистральную сеть передачи данных. Емкость такого узла может достигать нескольких тысяч портов. При внедрении услуг широкополосного доступа, таких как VOD, нуждающихся в скорости не ниже 3...6 Мбит/с на каждый видеопоток, суммарная канальная нагрузка, генерируемая такой услугой, может составлять несколько Гбит/с информационной скорости, что существенно превосходит возможности существующих систем, ограниченные на сегодня интерфейсом STM-4.

Помимо этого, прогноз суммарной пиковой нагрузки, генерируемой одним частным абонентом (например, семья из 4 человек), может достигать уже сегодня 50 Мбит/с, а с внедрением гиперсвязанных 3D информационных агрегатов данных и 100 Мбит/с информационной скорости на абонентский порт.

Эти оценки позволяют более четко представить время жизни телекоммуникационной инфраструктуры на базе медных кабелей и динамику перехода ее на волоконно-оптические кабели, имеющие значительно больший технический запас.

IP в среде Ethernet для мультисервиснойсети абонентского доступа

В последние годы в мировой практике активно обсуждается вопрос о возможности обобщения IP-технологии, применяемой в LAN в среде Ethernet, на операторские сети масштаба MAN и WAN.

Основанием для этих идей явилась положительная мировая практика создания корпоративных сетей масштаба города ——MAN, или страны ——WAN.

Однако, как было показано выше, операторская деятельность имеет свою специфику и принципиальные отличия от крупных корпоративных сетей. Главное отличие заключается в появлении точки передачи ответственности от Оператора к Заказчику и необходимости заключения договора на коммерческие услуги, в котором должны быть четко определены гарантированный уровень качества обслуживания SLA, а также взаимные права и обязательства сторон. '

Рассмотрим возможности применения IP-технологии в абонентской инфраструктуре мультисервисной сети в коммерческих целях. При этом будем руководствоваться критериями, характерными для операторской деятельности.

Механизм доступа к сетевым ресурсам

Согласно спецификации IEEE 803.2 сеть передачи данных, в отличие от сетей, использующих режим STM, не нуждается в поддержании синхронизма от узла к узлу сети. Отсутствие информации о моменте времени, к которому должен быть привязан момент начала передачи каждого пакета, приводит к вероятности появления коллизий. Под коллизией (collision) понимается искажение передаваемых данных в сети Ethernet, которое возникает при одновременной передаче несинхронизированных сигналов, приводящее к появлению моментов взаимного наложения двух процессов: приема и передачи сигнала на одном и том же порте. Для передачи данных по сети Ethernet используется алгоритм множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий Carrier Sense Multiple Access with Collision

Detection (CSMA/CD). Процедура доступа к среде передачи CSMA/CD построена на двух основных принципах:

контроль несущего сигнала (Carrier Sense);

обнаружение коллизий (Collision Detect).

Наиболее неблагоприятной с точки зрения возникновения коллизии является ситуация, когда одна станция уже завершила передачу кадра, но переданный кадр из-за задержки распространения сигнала в линии еще не дошел до другой станции, которая тоже начинает выполнять передачу своего кадра. Для того чтобы избежать возникновения подобных ситуаций, все станции должны быть размещены внутри так называемого коллизионного домена (collision domain).

Коллизионный домен ——это виртуальная область в пределах сегмента сети. Задержка распространения сигнала между любыми двумя станциями, которые принадлежат данной области, не должна превышать установленного значения — диаметра коллизионного домена.

Значение диаметра коллизионного домена обычно определяется в единицах времени и соответствует удвоенному времени передачи кадра минимальной длины для данного типа сети Ethernet. Диаметр коллизионного домена может быть вычислен следующим образом:

D = 2*< минимальная длина кадра>*0,1 мкс = 51,2 мкс.

При нормальном функционировании всех компонентов этой сети коллизия может возникнуть только в пределах определенного временного интервала, который называется окном коллизий (collision window).

Поздней коллизией (late collision, Out Of Window collision) называется ситуация, при которой коллизия возникает за пределами окна коллизий.

Для уменьшения вероятности возникновения повторных коллизий применяется процедура регулирования задержки повторной передачи «Truncated Binary Exponential Back off Algorithm (TBEBO)».

Один из механизмов, который предназначен для обеспечения равномерного доступа, определяется процедурой введения интервала между кадрами inter frame gap (IFG). Для сетей 10 Base^T величина межкадрового интервала IFG составляет 9,6 микросекунд. На этом уровне могут быть определены процедуры обнаружения коллизии и определяются основные параметры сети Ethernet такие, как максимальная длина сети, максимальная длина сегмента сети, минимальное расстояние между станциями, и т.д.

Механизмы управления и контроля качества

Одним из ключевых моментов, влияющих на повышение эффективности деятельности оператора, является максимально высокая утилизация сетевых ресурсов, уменьшение стоимости владения тем или иным сервисом и повышение нормы прибыли.

С точки зрения стоимости владения при первичном рассмотрении у IP- технологии в среде Ethernet нет конкурентов, так как стоимость портов Ethernet различных скоростей ниже, чем порты соизмеримых скоростей при использовании иных технологий. Однако, выигрыш в первичных инвестициях при разворачивании сети передачи данных может быть сохранен оператором лишь в очень узком круге задач, которые- генерируют трафик, соответствующий по своей структуре корпоративному. При этом предполагается, что не может возникать ситуация, при которой резко изменяется структура (окраска) трафика или существенно повышается его пиковатость. По этой причине применение IP в качестве базовой технологии коммутации на сети оператора целесообразно только в случае достаточно точного прогноза пользовательского трафика, причем его структура должна соответствовать корпоративному профилю. Таким образом, с точки зрения баланса нагрузки коммерческое применение такой сети эффективно для корпоративного сектора рынка. Как было показано во второй главе, попытка использования среды Ethernet в качестве базовой технологии коммутации мультисервисной сети может привести к необходимости резервирования неоправданной избыточности сетевых ресурсов, что ведет к необходимости непрерывных финансовых вливаний на ее модернизацию.

Расширение спектра широкополосных услуг влечет за собой изменение структуры трафика и требует гибкого назначения приоритетов для различных видов трафика. Система QoS, реализуемая, например, в изделиях компании Cisco, позволяет структурировать (окрасить) трафик, но приоритетность информационных потоков устанавливается только в соответствии со Ч)еднестатистической структурой трафика в IP-сетях, которая формировалась в корпоративных, а не коммерческих сетях. Несоответствие приоритетов информационных потоков реальной структуре трафика может привести к потере качества информационных потоков. Например, это может привести к деградации качества услуг потокового видео, доля которых может резко возрасти с внедрением нового сервиса, задолго до исчерпания сетевых ресурсов (производительность коммутации в узлах сети).

Помимо окраски трафика существенную роль в сетях передачи данных играет его пиковатость (спонтанное и резкое его возрастание, при относительно низкой, например, доли процента, средней загрузке). Наиболее критичен данный параметр для приложений реального времени (аудио- и видеосервисы), которые нуждаются в гарантированном времени доставки или гарантированной скорости канала на всем его протяжении. В IP-технологии не предусмотрено механизмов, обеспечивающих скорость канала

не ниже заданной. Поэтому, возможно, из-за перегрузок в любом из узлов по пути следования пакетов информационного потока, возникновение ситуации, когда скорость на пользовательском порте окажется ниже, чем требуется для обеспечения гарантированного качества услуги абонента. При этом у оператора нет никаких механизмов, способных показать реальную ситуацию в момент потери качества абонентской услуги, а следовательно, разрешить конфликтую ситуацию и определить какая из договаривающихся сторон (Заказчик или Оператор) нарушила свои обязательства.

В настоящее время в среде Ethernet единственный механизм, имеющийся в распоряжении оператора, это экстенсивны^ методы решения данной проблемы. То есть заблаговременное наращивание производительности узлов сети таким образом, чтобы даже пиковая нагрузка не превосходила 30% производительности узла. Дальнейший рост трафика ведет к увеличению коллизий в управляемом соперничестве за сетевой ресурс и резкому падению информационной скорости в сети. Это отраничение обусловлено проектным техническим запасом производительности узла, оптимизированным из соображений качество/цена, и основано на мировой практике построения корпоративных сетей на базе Ethernet.

Усложнение архитектуры сетевых коммутаторов направлено, в первую очередь, на разграничение доступа и сетевую безопасность. Внедрение MPLS повышает эффективность продвижения пакетов, но оказывается эффективным при относительно небольшом объеме таблиц и незначительных изменениях в них, что характерно для корпоративного трафика. Однако большой размер таблиц и частые их корректировки ведут к резкому увеличению накладных расходов оператора при эксплуатации сети. Помимо этого, как было показано при анализе механизмов обеспечения QoS, для гарантии качества мультимедийных приложений, работающих в реальном масштабе времени, наиболее важны абсолютные механизмы QoS, ориентированные на сети с маршрутизацией виртуальными каналами. Эти механизмы обеспечения гарантий качества QoS в среде IP реализуются технологией MPLS, поддержка которой, обычно, встраивается в магистральные коммутаторы, не предусматривающие развитую абонентскую инфраструктуру и большое число абонентских портов：

Стоимость портов коммутаторов рабочих групп является основным критерием и ориентиром при обосновании экономической эффективности. Однако эти порты не предусматривают поддержку механизмов QoS в среде IP. Наиболее интетрированные из реализаций таких коммутаторов совмещают функции коммутации пакетов и маршрутизации в дайтаграммных сетях. Они не предусматривают поддержку MPLS, а следовательно, могут обеспечить лишь релевантную схему DiffServ, которая мало эффективна дли, приложений, использующих информационные потоки реального времени-

Мультисервисность IP-технологии

Бурный рост производительности Ethernet-коммутаторов, появление портов 100 Мбит/с, 1 и 10 Гбит/с, существенно повысило полосу пропускания абонентского доступа и позволило обеспечить услуги широкополосного доступа. В первую очередь, это относится к аудио- и видеопотокам, генерирующим на один информационный пользовательский поток трафик со скоростью до 50 Мбит/с. Действительно, сети IP способны обслуживать любые информационные потоки, которыми пользуется человечество. Они в состоянии справиться с доставкой как речи VoIP, так и видеоизображения в любом цифровом формате.

Под мультисервисностью сети сегодня понимается не только возможность предоставления различных сервисов канального уровня (услуги FR, IP, ISDN, ATM, SDH и т.п.) или сетевой маршрутизации (VLAN или VPN), но и информационные сервисы (ISP, ASP и SSP). Современные IP-коммутаторы формально отвечают всем этим критериям мультисервисности, так как имеют шлюзы в соответствующие сети и необходимое программное обеспечение для реализации всех видов услуг. Однако реализуемость той или иной услуги или потенциальная возможность предоставления широкого спектра услуг не гарантирует их коммерческой значимости.

Операторская деятельность ——это, прежде всего, договорные отношения с потребителем услуг и гарантии качества их предоставления. Поэтому для оператора мультисервисной Сети общего пользования ключевым критерием реализуемости услуг является гарантия их качества. То есть, наличие эффективных механизмов контроля качества и настройки параметров, гарантирующих предоставление всего пакета услуг, на который подписан абонент, а не техническая реализуемость услуг.

С этой точки зрения IP-технология, при минимизированных начальных инвестициях, может привести к непомерным эксплуатационным издержкам, связанным с необходимостью непрерывных управляющих воздействий, учитывающих индивидуальный профиль заказчика и минимизирующих коллизии в сети. Помимо этого, отсутствие эффективных механизмов, обеспечивающих контроль качества канала, требует непрерывного наращивания резерва сетевых ресурсов. Это не позволяет регулировать этот резерв (например, ограничением числа абонентов или видов сервиса), так как небольшая флуктуация трафика может привести к коллизии и резкой потере эффективной полосы пропускания любого из узлов сети.

Безопасность и качествосервиса пользователей

Безопасность информационных потоков пользователей и защита от несанкционированного доступа в коммерческих сетях являются неотъемлемым критерием качества предоставления услуг.

Очевидно, что любое несанкционированное использование сетевого ресурса ведет к его перераспределению между легальными и нелегальными потребителями. Любая дополнительная нагрузка в сети уменьшает технический запас системы и, в конечном итоге, ведет к потере качества услуг или к преждевременному насыщению системы абонентами — потребителями услуг с гарантированным качеством (с фиксированной скоростью канала или гарантированным временем доставки пакетов). Следствием таких перегрузок в IP-сетях является преждевременная необходимость модернизации сети для наращивания пропускной способности в наиболее уязвимых участках сети и увеличения абонентской базы.

Одно из главных достоинств IP-технологии — ее распространенность, в приложении к операторской деятельности оказывается существенным недостатком, так как именно корпоративные сети и среда Интернет являются основными полигонами для отработок различных схем вторжения и несанкционированного доступа. Число атакующих сетевые ресурсы всегда превышает число администраторов, обеспечивающих их безопасность. При этом, необходимо учитывать молниеносность распространения новых алгоритмов несанкционированного доступа через Интернет, благодаря специализированным сайтам и форумам. Помимо этого угроза исходит со стороны международных динамически формируемых рабочих групп, занимающихся разработкой новых видов сетевых атак и скрытного несанкционированного доступа.

Число специалистов, владеющих информацией о наиболее уязвимых местах систем управления сетей операторского класса (LMDS, ATM, FR и т.п.)« значительно меньше, чем экспертов по IP-технологии. Помимо этого самц технологии операторского класса имеют гораздо более развитые средств^ контроля трафика и управления сетевыми ресурсами, чем технологии, орин ентированные на корпоративные приложения. '

Администраторы сетевых ресурсов физически не в состоянии совмещата проведение организационно технических мероприятий с обзорами мирово! практики сетевых вторжений. Поэтому только глубокая проработка и глу боко эшелонированная оборона сети с правильной организацией разделе» ния доступа к сетевым ресурсам, могут дать службе сетевой безопасносл время, необходимое для своевременного пресечения сетевых атак и выяв ления попыток несанкционированного доступа.

Специфика биллинга

Как известно, в IP-технологии тарифицируется объем прокаченной инфа мации и/или взимается абонентская плата за доступ к тому или иному г сурсу (услугам VPN, Hosting, FTP, ASP, и т.п.). Основным товаром, new жащим тарификации в IP, является Internet-трафик, так как он наполня внешние каналы оператора, его баланс определяет специфику взаимори

четов между операторами. Именно информация, транспортируемая в среде IP, является побудительным мотивом для доступа в Internet. Учет трафика, потребленного абонентом возможен в двух ключевых точках:

на Шлюзе в Internet;

на абонентском порту в точке передачи оператором ответственности за качество услуги абоненту.

В случае, когда абонентский порт обслуживает слабо «окрашенный» трафик, то есть, когда пакет услуг невелик и дифференциация объема доставленной информации не требуется или она невелика, целесообразно учитывать объем доставленной информации на абонентском порте. Такая ситуация характерна для всех существующих биллинговых систем операторов, тарифицирующих 1Р-трафик.

Термин Service Providing xSP объединяет: ISP, ASP, SSP, IA&VSP и т.п. Внедрение оператора мультисервисной сети общего пользования на рынок xSP расширяет спектр предоставляемых им услуг. Интенсивная структуризация трафика и появление множества тарифных планов, ведет к окраске трафика и необходимости тарификации информации различной «окраски» объем, которой входит в общий объем прокаченной абонентским портом информации. В этом случае, резко возрастают накладные расходы биллинговой системы, учитывающей объем трафика на. абонентском порте. Их минимизация требует пожертвовать небольшой разницей между отправленным и полученным объемом информации при условии, что сессия с инфсфмационным ресурсом прошла корректно. Развитая номенклатура информационных услуг, подразумевает наличие множества различных серверов приложений, каждый из которых, является источником информационных услуг с различной тарификацией, со своими журналами, протоколирующими сессии с клиентами и своими системами взаиморасчетов за предоставленные услуги.

Возможен еще один вариант построения биллинговой системы оператора, когда глубоко структурированный трафик группируется по типу канального сервиса и трафик виртуального канала, доставляющего соответствующую информационную группу абоненту, тарифицируется по единому тарифу. При этом на каждый вид трафика у абонента должен быть свой виртуальный канал, что относительно просто реализуется в ATM, но требует огромных накладных расходов в случае IP.

Технологии беспроводного доступа

Радио-Ethernet

На российском рынке радио-Ethernet представлет, в основном, продуктами стандарта IEEE 802.11b (Cisco AirBRI, BreezeNET DS.ll, WaveLAN), IEEE 802.11 (BreezeNET PRO.ll, системы OpenAir и SOHO фирмы Proxim). Хотя

на смену этому оборудованию приходят современные системы широкополосного беспроводного доступа (BWA), специально предназначенные для построения беспроводных сетей передачи данных с интеграцией VoIP, оно продолжает использоваться для этих целей, благодаря своей низкой стоимости. Рассмотрим применимость этой технологии для комбинированного абонентского трафика голос и данные.

Для исключения конфликтов голосового трафика с локальным трафиком данных в ЛВС необходимо разделить устройства IP-телефонии и остальные сетевые устройства по разным коллизионным сегментам путем организации VLAN с помощью Ethernet-коммутаторов. Эта мера особенно актуальна, если в ЛВС работают полудуплексные устройства Ethernet. Что касается собственно радиосети, то все радиомосты по определению находятся в одном коллизионном сегменте.

Известно, что при передаче голоса по VoIP в радиосетях множественного доступа с использованием коллизионных протоколов МАС-уровня типа CSMA/CA, основная проблема, приводящая к временным задержкам, это отсутствие гарантированной пропускной способности канала для данного соединения. Протокол CSMA/CA предполагает случайную установку соединения и, как следствие, асинхронный механизм передачи радиокадров, что совершенно неприемлемо для передачи голосового трафика, критичного к временным задержкам. Случайный характер установки соединений приводит к также случайному значению пропуски。访 способности канала для данного соединения. С ростом числа абонентов сети вероятность появления коллизий возрастает, и, соответственно, возрастают колебания скорости передачи данных относительно среднестатистического значения. Эти колебания могут составлять десятки процентов, в результате чего возникают непредсказуемые задержки трафика. Как показали многочисленные эксперименты по передаче VoIP в среде радио-Ethernet, задержка трафика здесь значительно превышает сумму остальных составляющих общей задержки, характерных для технологии VoIP: задержки кодека, задержки в очередях, задержки в сглаживающем буфере. Когда общая задержка в канале, по которому установлен сеанс голосовой связи, превысит 150 мс — субъективный предел слухового восприятия задержки — происходит катастрофическая потеря качества речи.

Типовой метод решения проблемы, например, средствами математического обеспечения Cisco Systems включает в себя:

устранение перегрузок в сети путем профилирования трафика с помощью GTS (Generic Traffic Shaping);

приоритезация трафика на основе инструментов классификации PBR, BGP, CAR;

обеспечение необходимого уровня сервиса в сети посредством сигнализации QoS, использующей протокол маркировки кадров Ethernet в соответствии с рекомендацией 802.1p/Q или протокол RSVP.

Для реализации перечисленных функций в каждой точке сети необходимо установить пограничный маршрутизатор, как минимум, серии 2600. Однако, следует отметить по крайней мере два недостатка приведенного метода. Первый состоит в том, что механизм GTS ограничивает скорость исходящего потока данных, то есть, выполняет свою функцию только на участке маршрутизатор—радиомост в данной точке сети. Но, поскольку в радиосегмент данные все равно поступают несинхронно, вероятность неравномерной загрузки сети не удается свести к нулю. По этой причине, в частности, не удается добиться удовлетворительного качества передачи голоса по радиоканалу, образованному двумя точками доступа Ethernet RangelAN2 7521 (Proxim).

Второй недостаток заключается в том, что математическое обеспечение, позволяющее реализовать маркировку кадров Ethernet, не входит в базовую комплектацию маршрутизатора. Для этого необходимо дополнить его расширенной версией программного обеспечения IP Plus, а также увеличить объем flash-памяти до 16 Мбайт и RAM ——до 48 Мбайт на общую сумму 2400 USD. Если принять во внимание, что стоимость маршрутизатора Cisco 2610 в базовой комплектации составляет 1995 USD, а радиомоста Cisco AIR- BRI342 — 1949 USD, то одно только обеспечение QoS в сети радио-Ethernet повышает затраты на 60%.

Таким образом, в беспроводной сети передачи данных и голоса на базе радио-Ethernet основная работа по обеспечению качества речи выполняется маршрутизатором. Таким образом, для компенсации недостатков устройств радио-Ethernet требуется маршрутизатор гораздо большей функциональной мощности и стоимости, чем таковой, предназначенный для выполнения штатных функций маршрутизации.

Все вышесказанное относится к подавляющему большинству мостов радио- Ethernet, использующих протоколы множественного доступа типа CSMA/ СА. Однако в настоящее время появляется оборудование, использующие неколлизионные канальные протоколы. Одним из них является последняя разработка фирмы Proxim ——мост Stratum МР. Устройство использует в качестве канального протокола одну из реализаций TDMA. Это дает возможность достичь равномерной загрузки сети и минимальной задержки трафика на канальном уровне. Опыт построения корпоративных радиосетей на основе TDMA (сети WaveNET IP Подольского ОСБ №2573, Коломенского ОСБ №1555, Адыгейского банка СБ РФ и др.) показал, что в этом случае удовлетворительная передача голоса VoIP обеспечивается вообще без каких-либо дополнительных методов и устройств.

Как было показано выше, решения операторского класса не могут ограничиваться только IP-средой. Такие решения более критичны к обеспечению мультисервисности и гарантиям качества приложений, критичных ко времени доставки пакетов (прежде всего это касается речевых приложений, приносящих, на сегодняшний день, основной доход оператору). При пост-

роении абонентской радиоинфраструктуры мультисервисных сетей операторов наибольший интерес представляют системы, позволяющие гибко сочетать широкий спектр услуг и контролируемыми гарантиями качества.

Фиксированный радиодоступ

При решении задачи «последней мили» операторы часто сталкиваются с ситуациями, в которых решения, основанные на кабельной инфраструктуре, малоэффективны. Основным критерием в таких случаях является время разворачивания инфраструктуры и внедрения услуг: телефония, передача данных, ISDN, с качеством, эквивалентным проводным сетям с ИКМ-трактами по 64 Кбит/с.

Еще один немаловажный фактор, влияющий на выбор технологии, это гибкость и реконфигурируемость сетевой инфраструктуры, влияющие на объем начальных инвестиций оператора. Основная привлекательность систем радиодоступа в:

малых объемах начальных инвестиций;

минимальных сроках инсталляции оборудования (подключение абонента может потребовать несколько часов);

дешевизне выносов абонентских окончаний на большие расстояния, что особо актуально для сельской местности с низкой концентрацией абонентов.

Применительно к радиодоступу возможно три варианта разделения каналов:

частотное разделение каналов с предоставлением их по требованию FDMA;

временное разделение каналов с предоставлением их по требованию TDMA;

кодовое разделение каналов, предоставляемых по требованию CDMA.

Частотное разделение требует межканальной развязки и нескольких несущих (по числу каналов). Метод FDMA наименее эффективно утилизирует полосу частот и наиболее чувствителен к частотной интерференции. Абонентские станции должны работать на любой из доступных им несущих.

Временное разделение максимально полно использует полосу частот, так как все каналы определяются как положение time-slot в передаваемом кадре, использующем одну общую несущую. Системы TDMA, заметно выигрывая в отношении сигнал/шум, уступают по степени утилизации канала и оказываются не очень эффективными при транспортировке информационных потоков с различными скоростями, так как вопросы синхронизации для этого метода разделения каналов является ключевым. Различие скоростей информационных потоков характерно для мультисервисных сетей.

Кодовое разделение каналов является компромиссным решением. Оно так же как TDMA использует одну общую несущую частоту для всех каналов радиотракта и так же как FDMA имеет независимые каналы, каждый из которых может иметь свою полосу пропускания. Независимость каналов обеспечивается за счет применения специальных кодовых (например, псевдослучайных) последовательностей для кодирования каждого бита передаваемой информации. Компромисс достигается более эффективным использованием полосы пропускания, чем в FDMA, но более низким, чем в TDMA, отношением сигнал/шум из-за интерференции между кодовыми последовательностями. Применение кодовых последовательностей упрощает процесс входа в синхронизм абонентской станции при установлении соединения.

Ярким примером системы -фиксированного доступа на базе CDMA является Airspan AS4000. Она позволяет гибко конфигурировать канальный ресурс из 15 каналов со скоростями 160 Кбит/с в каждом секторе зоны радиопокрытия. При этом два канала отводятся под управление, а оставшиеся 13 могут быть:

использованы для передачи данных (144 Кбит/с + 16 Кбит/с) и быстрого доступа в Интернет;

объединены в один быстрый канал (например, широковещательный канал в сторону абонентов для доставки мультимедиа контента);

раздроблены на два (2B+D) или четыре (4x32 Кбит/с + 16 Кбит/с) канала (например, для услуг телефонии или ISDN).

Планирование канального ресурса позволяет зарезервировать за каждым из каналов свою кодовую последовательность и предоставлять его по требованию любому из абонентов, находящемуся в зоне радиопокрытия. Абонентская емкость каждого сектора зоны радиопокрытия зависит от конфигурации каналов с различными скоростями и может достигать 567 абонентов при 1% вероятности блокировки системы из 52x32 Кбит/с каналов.

Абонентские терминалы позволяют использовать от 1 до 4 телефонов и сетевой интерфейс Ethernet 10 Base-T. Они предусматривают как настольное, так и рэковое исполнение (до 4 терминалов на шкаф).

Узлы агрегирования трафика могут обслуживать от 1 до 6 секторов зоны радиопокрытия и иметь до 12 Е1 интерфейсов для подключения в магистральную сеть оператора.

Централшая станция системы совместно с центром управления обеспечивает:

сетевые интерфейсы без концентрации CAS, V5.1;

сетевые интерфейсы с концентрацией V5.2;

интерфейс для связи с маршрутизатором Интернет-щлюза по Ethernet 10/100 Base-T.

ииFW7 теокыу»FW7 теокыу»HWH 二血 KW»HWH 二血 KW»[i ・яо^^П[i ・яо^^ПСлужебныйСлужебныйGV/ГЧ СЯПГканал ""J-GV/ГЧ СЯПГканал ""J-^^^■^^融^^^■^^融32 х 32К Передача пакетов32 х 32К Передача пакетовОт F1 до F4 3,5+ 3,5 МГцОт F1 до F4 3,5+ 3,5 МГц20 х 32К Передача речи20 х 32К Передача речи10... )3」 каналов《 трафикв10... )3」 каналов《 трафиквуправления шзовамиуправления шзовамиЯЖ ♦iflOfW яма ・ g кы^ дм тео >й^ вш -」ео кыу»ЯЖ ♦iflOfW яма ・ g кы^ дм тео >й^ вш -」ео кыу»84КЬК/8 64 Kbit/$ в4 Kb«/s 84 KbiУ« елкыуа 64КЬК/8 в4 Kbit/s S4<W>84КЬК/8 64 Kbit/$ в4 Kb«/s 84 KbiУ« елкыуа 64КЬК/8 в4 Kbit/s S4<W>64КМ/8 S4KMt/s 64KWt/S 64КЫУ» 64 KbM 64КЬН〃 64Kb</fc S4KMt/$64КМ/8 S4KMt/s 64KWt/S 64КЫУ» 64 KbM 64КЬН〃 64Kb</fc S4KMt/$rw5 . iaow* HW5 таокыу^rw5 . iaow* HW5 таокыу^HWM T8IW urns теокын»HWM T8IW urns теокын»Pxc. 78. Пример комбинированного планирования канального ресурсаPxc. 78. Пример комбинированного планирования канального ресурса2х 512К Передачапакетов2х 512К Передачапакетов32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 K32 К32 К32 K32 К32 К32 К32 КЭ2К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 K32 К32 К32 K32 К32 К32 К32 КЭ2К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К32 К<=>512^/128(64. 32)Кна ST<=>512^/128(64. 32)Кна ST42К32К32К32К眩*92K總翼92 K32К3含К32 К32К32 К32К歌К32К32 K32 К32 К32К42К32К32К32К眩*92K總翼92 K32К3含К32 К32К32 К32К歌К32К32 K32 К32 К32К

и

и

FW7 теокыу»

FW7 теокыу»

HWH 二血 KW»

HWH 二血 KW»

[i ・яо^^П

[i ・яо^^П

Служебный

Служебный

GV/ГЧ СЯПГ

канал ""J-

GV/ГЧ СЯПГ

канал ""J-

^^^■^^融

^^^■^^融

32 х 32К Передача пакетов

32 х 32К Передача пакетов

От F1 до F4 3,5+ 3,5 МГц

От F1 до F4 3,5+ 3,5 МГц

20 х 32К Передача речи

20 х 32К Передача речи

10... )3」 каналов《 трафикв

10... )3」 каналов《 трафикв

управления шзовами

управления шзовами

ЯЖ ♦iflOfW яма ・ g кы^ дм тео >й^ вш -」ео кыу»

ЯЖ ♦iflOfW яма ・ g кы^ дм тео >й^ вш -」ео кыу»

84КЬК/8 64 Kbit/$ в4 Kb«/s 84 KbiУ« елкыуа 64КЬК/8 в4 Kbit/s S4<W>

84КЬК/8 64 Kbit/$ в4 Kb«/s 84 KbiУ« елкыуа 64КЬК/8 в4 Kbit/s S4<W>

64КМ/8 S4KMt/s 64KWt/S 64КЫУ» 64 KbM 64КЬН〃 64Kb</fc S4KMt/$

64КМ/8 S4KMt/s 64KWt/S 64КЫУ» 64 KbM 64КЬН〃 64Kb</fc S4KMt/$

rw5 . iaow* HW5 таокыу^

rw5 . iaow* HW5 таокыу^

HWM T8IW urns теокын»

HWM T8IW urns теокын»

Pxc. 78. Пример комбинированного планирования канального ресурса

Pxc. 78. Пример комбинированного планирования канального ресурса

2х 512К Передачапакетов

2х 512К Передачапакетов

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 K

32 К

32 К

32 K

32 К

32 К

32 К

32 К

Э2К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 K

32 К

32 К

32 K

32 К

32 К

32 К

32 К

Э2К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

32 К

<=>

512^/128(64. 32)Кна ST

<=>

512^/128(64. 32)Кна ST

42К

32К

32К

32К

眩*

92K

總翼

92 K

32К

3含К

32 К

32К

32 К

32К

歌К

32К

32 K

32 К

32 К

32К

42К

32К

32К

32К

眩*

92K

總翼

92 K

32К

3含К

32 К

32К

32 К

32К

歌К

32К

32 K

32 К

32 К

32К

Система управления AS 8100 имеет удобный и наглядный графический интерфейс. Она предусматривает распределенную архитектуру управления с системой защиты информации и обеспечивает:

управление конфигурацией и сигнализацией;

тестирование и диагностику линий;,

контроль неисправностей и отслеживание сбоев и аварийных ситуаций;

сбор статистики и битовых ошибок;

картографический и древовидный режим отображения;

базу данных абонентов и развитую систему их регистрации;

развитую систему отчетности о деятельности администраторов сетевых ресурсов (на основе ведения журналов и фильтрации информации по ключевым параметрам).

Несмотря на то, что система AS 4000 отвечает основным требованиям операторов связи, она имеет рад ограничений, прежде всего по суммарной пропускной способности, ограниченной полосой пропускания в диапазоне 2...3 ГГц (2400 Кбит/с). Эти ограничения не позволяют полноценно внедрять услуги широкополосного доступа и сокращают номенклатуру возможных услуг, практически исключая услуги видеостриминга и существенно ограничивая возможности видеоконференц-связи.

Мультисервисные сетиширокополосного радиодоступа

MMDS использует более длинные волны в диапазоне 2...3 GHz и поэтому менее подвержена помехам, чем LMDS. Дальность действия также намного больше и может в зависимости от рельефа местности достигать 40...50 км. Правда, за эти преимущества приходится расплачиваться пропуски。屯 способностью «всего» 10 Mbps. Доступ с помощью технологии MMDS наиболее рационально применять в сельской местности.

LMDS оперирует в частотных диапазонах 10,5 GHz от 24 до 31,3 GHz, занимая по сравнению с другими аналогичными сервисами самую большую часть спектра. Она требует прямой видимости между приемопередающими антеннами и наиболее подходит для густонаселенных городских районов, в которых трудно и дорого прокладывать кабельные каналы.

Наиболее яркими примерами таких систем являются:

симметричное решение Siemens WalkAir с абонентскими каналами 2x2,048 МГбит/с, способными доставлять комбинированный трафик голос—данные, ориентированный на on-line-приложения;

симметричное решение Ericsson MINI-LINK с каналами группового доступа. Оборудование обеспечивает пиковую пропускную спсюоб- ность до 37 Мбит/с, ориентировано на симметричные приложения, порождающие симметричный трафик типа GPRS, 3G и видеотелефонии, характерный для широкополосных услуг оператора операторов;

несимметричная система А7390 компании Alcatel (коэффициент асимметрии 1:4), которая является фактически ATM радиосетью с широковещательными каналами пропускной способности до 40 Мбит/с и со всеми достоинствами широкополосной мультисервисной сети, использующей статистическое уплотнение сетевых ресурсов. Система обладает большим техническим запасом (масштабируется в 16 раз со скоростями до STM-16 на базовую станцию) и высоким маркетинговым запасом, то есть удовлетворяет потребностям любого сектора рынка, отличаясь высокой готовностью к удовлетворению оператором потребностей любого типа заказчиков.

Типичная физическая пропускная способность на сектор зоны покрытия составляет 45 Mbps (информационная скорость, с учетом формата сигнала и управляющих сигналов, несколько ниже), хотя потенциально может быть доведена до 155 Mbps за счет частотно-поляризационной развязки оборудования базовой станции. Расстояние между сайтами ограничивается 4...15 км в зависимости от выбранного частотного диапазона и климатической зоны, а также требований к надежности канала. Наряду с высокоскоростным доступом к Internet сети LMDS могут обеспечивать практически любые услуги широкополосного доступа, включая доставку видео- и аудиопотоков высокого качества.

В зависимости от реализации обе технологии могут использовать множественный доступ с разделением по частотам (FDMA) и/или с разделением по времени (TDMA). Заказчиков, которым требуется гарантированная пропускная способность, устроит сервис, базирующийся на FDMA. Если же трафик имеет неравномерный х^)актер, то вполне подойдет и TDMA. К тому же этот метод должен быть дешевле, поскольку позволяет провайдерам более эффективно использовать имеющуюся полосу пропускания.

6.4Л. Границы применимостиширокополосного радиодоступа

Специфика эфирйбй среды транспортировки трафика существенно отличается от кабельной инфраструктуры. Монтаж и инсталляция абонентского терминала системы радиодоступа занимает от нескольких часов до нескольких дней (при необходимости прокладки кабельной инфраструктуры внутри здания абонента). Это свойство существенно повышает оперативность реакции оператора на запросы абонента. Однако частотно-поляризационный ресурс таких систем обеспечивает существенно меньшую пропускную способность, чем оптоволоконная кабельная инфраструктура. Это обусловлено принципиальными различиями пространственной- развязки в этих системах, а также различиями в ширине используемого частотного диапазона.

Применение секторных антенн в системах радиодоступа обеспечивает пространственную развязку и деление зоны покрытия на секторы обслуживания (традиционная ширина диаграмм направленности 30°, 45°, 60°, 90) Деление зоны покрытия базовой станции на секторы нуждается в их частотно-территориальной развязке, что заставляет делить рабочую полосу частот базовой станции на 6...8 несущих с учетом необходимости полнодуплексных каналов.

MMDS-системы используют полосу частот шириной лишь 80 МГц, что обеспечивает суммарную полосу 10 МГц на сектор. Теоретический предел пропускной способности с учетом эффективной утилизации полосы несущей с помощью QPSK/QAM-модуляции, а также частотно-поляризационной развязки пропускной способности не сможет превысить 4x20 Мбит/с на сектор зоны покрытия. Но достижение такого теоретического предела экономически не оправдано по критерию качество/цена.

Ограниченность сетевых ресурсов позиционирует MMDS-мультисервисные сети на корпоративный сектор рынка и не может рассматриваться как решение операторского класса.

LMDS/LMCS-системы существенно более широкополосные, чем MMDS. Они используют 250 МГц в диапазоне 10,5 ГГц или 4x250 ГГц в диапазоне 24…30 ГГц, что обуславливает теоретический предел таких систем 16x40 Мбит/с.

Экстенсивные методы наращивания пропускной способности системы радиодоступа оказываются менее эффективными, чем комбинация ее с разворачиванием кабельной инфраструктуры, имеющей существенно больший технический запас. Комбинация этих двух сред в мультисервисной сети оператора повышает суммарную доходность деятельности оператора. Небольшое количество радиотерминалов позволяет в кратчайшие сроки удовлетворять потребности заказчиков, а после первичного захвата клиента при росте потребляемого им трафика переводить его в кабельную инфраструктуру оператора. Прокладка необходимого кабельного соединения занимает в среднем 1-2 месяца, в течение этого срока оператор предоставляет услуги мультисервисной сети и не упускает своей выгоды. В тоже время, такой подход избавляет оператора от излишних затрат, неизбежных при разворачивании кабельной инфраструктуры в условиях несформированного спроса на услуги мультисервисной сети.

Сети кабельного ТВ

Сети кабельного телевидения получили широкое распространение в США. Именно там появилась идея интерактивного ТВ, то есть телевещания с обратной связью или обратным каналом. Дело в том, что коаксиальный кабель, так же как общая шина, пропускает электромагнитные волны в обоих направлениях одинаково хорошо. Если разделить весь спектр полосы пропускания кабеля на прямые и обратные каналы, то потребуется модернизация лишь активного оборудования, то есть магистральных усилителей и кабельных модемов, преобразующих абонентский трафик передачи данных в соответствующий канал вещания от абонента к центральной станции кабельного телевидения и обратно.

Так родилась идея использовать сети кабельного телевидения для доступа в Internet и взаимодействия с видеоконтентом, вещаемым центральной станцией по сети КТВ.

Спецификация IEEE 802.3b определяла требования к компонентам вычислительной сети, которая была построена по принципу CSMA/CD и использовала в качестве среды передачи данных телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Использование алгоритма частотного уплотнения в спецификации 10 Broad 36 обеспечивает передачу информационного сигнала со скоростью 10 Мбит/с. При этом узлы сети могут быть разнесены на значительно большее расстояние (максимальная длина сегмента 1800 м, максимальный размер сети из конца в конец 3600 м), чем в обычном Ethernet.

Спецификация 10 Broad 36 использовала такую же схему подключения абонентов к среде передачи, какая была использована в классической спецификации Ethernet и 10 Base 5. Длина кабеля AUI в данном случае могла достигать 50 метров.

Применение технологии 10 Broad 36 обеспечивало ощутимые преимущества за счет использования существующих коммуникаций и увеличения дальности информационного взаимодействия с широкой полосой пропускания.

С появлением и широким внедрением оптоволоконных сетевых инфраструктур эти преимущества были нивелированы.

Кабельные модемы

Кабельные модемы обеспечивают высокоскоростной доступ к Internet по сетям кабельного телевидения. Применение подобных модемов ориентировано прежде всего на домашних пользователей, поскольку в большинстве жилых кварталов уже проложены кабельные коммуникации (в отличие от территорий, занятых под промышленные предприятия и учреждения).

Эти устройства, производимые, например, компаниями Bay Networks и Motorola, как правило, выполнены в отдельном корпусе и подсоединяются к клиентским ПК через разъем для Ethernet, также применяются соединения через разъемы шин USB (Universal Serial Bus — универсальная, последовательная шина) и FireWire. В большинстве случаев владельцу кабельного модема выделяется отдельный IP-адрес; но часто за небольшую дополнительную плату можно получить сразу несколько IP-адресов. Если установлено несколько ПК, а выделен лишь один 1Р-адрес? то эту проблему можно легко обойти, с помощью установки сервера-посредника. Это поз* воляет совместно пользоваться общим ГР^адресом сразу с нескольких ПК, хотя отдельные провайдеры запрещают установку таких серверов.

Существует два типа кабельных модемов, сильно отличающихся друг от друга. Первый — это HFC-модемы для гибридных сетей (Hybrid Fiber-Coax). Такие сети состоят из волоконно-оптических и коаксиальных участков кабельной инфраструктуры. HFC-модемы обеспечивают двухстороннюю связь на HFC-линиях. Они уже установлены более, чем у 10 млн. абонентов в США. Второй ——модемы старого типа с односторонней связью, работающие на традиционных коаксиальных телевизионных линиях и установленные у более чем 50 млн. абонентов в США. Пропускная способность типичных HFC-модемов составляет:

от 3 до 30 Мбит/с (при приеме);

от 128 Кбит/с до 10 Мбит/с (при отправке данных).

Как правило, при приеме это значение составляет порядка 4 Мбит/с. Для однонаправленных коаксиальных кабельных модемов быстродействие достигает 2 Мбит/с при приеме; в дополнение к нему требуется обычный телефонный модем для отправки своих запросов.

Хотя сейчас в США более распространены сети из обычных однонаправленных кабелей, нежели HFC-системы, ресурс многих из них уже исчер-

пан полностью или находится на грани этого. Фактически все вновь прокладываемые коммуникации относятся к типу HFC. Однако любой кабельный модем работает с одним или двумя телевизионными каналами на частотах 6 МГц. Поскольку топология промышленных сетей строится по схеме с общей шиной, каждый подключаемый модем делит с другими доступ к общей магистрали, выполненной в виде отдельного коаксиального кабеля. Это обстоятельство может стать причиной снижения быстродействия, однако пока о проблемах подобного рода не сообщалось; продуманное проектирование сетей позволит избежать таких проблем. С другой стороны, благодаря применению на каждом узле фильтрации пакетов уровня МАС, устраняется возможность их прослушивания. В каждой системе соседних подключений имеется общий кабельный маршрутизатор, который объединяет весь приходящий локальный трафик и взаимодействует с главным маршрутизатором на центральной станции кабельной компании по волоконно-оптическому участку магистрального кабеля HFC-системы.

Поскольку в пакет услуг, предоставляемых местными кабельными компаниями, как правило, входит поставка модема, особых проблем относительно их совместимости фактически не возникает. Однако в ближайшие несколько лет этот вопрос может встать более остро, вследствие возможного приобретения и применения кабельных модемов других моделей; поэтому сейчас ведутся разработки унифицированного стандарта.

Распространению подобных систем доступа в России мешает неразвитость инфраструктуры кабельных сетей и практически полное отсутствие в них поддержки каналов обратной передачи.

Пропускная способность сети

Пропускная способность сети КТВ определяется пропускной способностью ее элементов, как активных, так и пассивных, и, прежде всего, средой доставки, то есть кабельной инфраструктурой. Современный коаксиальный кабель имеет полосу пропускания порядка 1 ГГц. В России принята телевизионная частотная сетка с выделением полосы 8 МГц на каждый телевизионный канал. Под традиционное аналоговое телевидение отводятся частоты в диапазоне 50...550 МГц. Спектр от 550 до 862 МГц может использоваться для передачи мультимедиа-трафика мультисервисных сетей (видео и речевая телефония, видео по расписанию VNOD и видео по требованию VOD, широкополосный доступ в Интернет).

Каждый ТВ-канал соответствует примерно информационному потоку в 10 Мбит/с, что соизмеримо со скоростями LAN. Поэтому, установка на центральной станции КТВ-шлюза в сеть передачи данных для доступа к xSP позволяет говорить о возможности предоставления услуг широкополосного доступа.

Однако, ресурс кабельной инфраструктуры существенно меньше любого устройства ADSL*aocryna по медным проводам, потолок пропускной спо- собности которого по каждому порту достигает 8 Мбит/с, а число портов в каждом из узлов варьируется от 120 (что все равно больше 80 каналов) до нескольких тысяч.

В случае сети КТВ число подобных портов не превосходит 80 на всю сеть. Однако, Internet-трафик не нуждается в столь высоких скоростях и потреб* ность в доступе к Internet ресурсам вполне удовлетворяется на скоростях от 32 до 128 Кбит/с, что позволяет более рачительно использовать полосу пропускания и обслужить большее число абонентов.

Необходимо отметить, что каналообразующее оборудование для сети передачи данных в среде КТВ нуждается в широкополосных модуляторах/демо- дуляторах. Эти устройства сущвтвенно удорожают решение по сравнению со слаботочной вито-парной инфраструктурой LAN, возможности которой по пропускной способности существенно выше (до десятков Гбит/с), а в случае оптической кабельной системы несоизмеримо выше (до десятков Тбит/ с).

Мультисервисность и границыее применимости в сетях КТВ

С точки зрения мультисервисности сеть КТВ технически позволяет предложить любую услугу широкополосного доступа, но в силу ограниченности ресурса довольно ограниченному кругу лиц.

Существенно расширить спектр услуг (от обычного телевещания и доступа в Internet), структурировать тарификацию и обеспечить конвергентность и мультисервисность сети КТВ позволяют такие услуги как:

услуги интерактивного видео (например, NVOD, подразумевающие их режим вещания на динамически сформированную группу);

услуги традиционного вещания, но с рекламными тайм-слотами, ориентированными на заданную группу абонентов, объединяемых по интересам;

заказы на архивацию вещаемого материала (режим, аналогичный программированию видеомагнитофона на запись в заданное время);

доступ к новостному каналу;

мультикамерное (точечное) вещание спортивных состязаний (требует несколько полос вещания одновременно);

параллельное вещание на нескольких языках (требует расширенной звуковой полосы, характерной для DVB).

Мировая практика показывает, что мультисервисность обычно привносится в сети КТВ операторами уже имеющими развитую инфраструктуру, а не стро- 134

ящими сети КТВ с «нуля». Мультисервисность сети, с помощью других тех- нологий, может быть реализована значительно дешевле. При этом услуги, предоставляемые в сетях КТВ, терминируются с помощью телеприставок (Set Top Box), аналогичных спутниковому ресиверу или видеомагнитофону, но включаемых в сети передачи данных по вито-парному соединению.

Источники контента и качество сервиса

Основным предметом продажи в сетях КТВ является вещаемая видеопродукция, получаемая:

через шлюзы с эфирным ТВ;

через шлюзы со спутниковым ТВ;

от контентодержателей на цифровых или аналоговых носителях;

в виде цифровых потоков от видеосерверов.

Право вещания ввдеоконтента требует лицензирования, стоимость которого определяется абонентской базой и сроком на право проката. Практика сетей КТВ, сложившаяся в России, редко соблюдает все требования легализации видеопродукции, так как существующее законодательство нечетко оговаривает авторские права на контент, принимаемый из эфира (качество его существенно хуже студийного) и ретранслируемый без каких-либо переработок и дополнений. В то же время, авторы телематериала (телестудии вещающих компаний) в любой момент могут оспаривать и защищать свои авторские права, но не заинтересованы в этом, так как численность зрителей, принимающих их телесигнал, определяет стоимость рекламного времени на данном телеканале.

Качество телесигнала можно повысить за счет:

цифрового вещания (но это существенно сузит аудиторию из-за стоимости кабельных тюйеров/декодеров и нецелесообразно при аналоговых источниках контента);

получения телесигнала непосредственно из первоисточника с ретрансляционной станции эфирного ТВ (телебашни) и приема спутникового сигнала на профессиональное оборудование;

формирования собственного видеоматериала и подготовки его к показу.

Последний метод наиболее дорогостоящ. Он ресурсоемок, так как длительность производства в десятки раз превосходит время готового материала, что дороже, чем в случае приобретения лицензий на право проката. Помимо этого, он дорогостоящ с точки зрения эксплуатационных расходов, так как необходима организация:

центра подготовки эфира;

распределенной сети редакций и видеосерверов;

роботизированных видеохранилища и архива рабочих материалов.

Однако, создание централизованной медиатеки и автоматизированной телестудии, позволяет оператору КТВ вплотную подойти к услугам интерактивного ТВ и NVOD. При развитой абонентской базе и современной кабельной инфраструктуре, поддерживающей обратные каналы, такое решение может оказаться рентабельным не только за счет адресной рекламы в телеканалах, ориентированных на соответствующие группы, но и за счет существенного увеличения вещаемых коммерческих видеопотоков, формируемых по групповым заказам.

При отсутствии обратных каналов внутри инфраструктуры КТВ, возможна схема асимметричного доступа к информации с использованием шлюза в сеть передачи данных. В этом случае в качестве обратного канала абонент может пользоваться услугами модемных пулов, выделенными каналами, беспроводным или xDSL-доступом. В мире производится широкий спектр Set Top Box устройств, поддерживающих любые сценарии взаимодействия абонента с контентом. Тенденции мирового бизнеса сетей КТВ направлены именно в сторону развития услуг интерактивного видео и интеграции хсетей КТВ в единую мультисервисную сеть с услугами широкополосного доступа.

Шлюзование в сеть передачи данных

Роботизированные архивы и хранилища видеоматериалов являются неотъемлемой частью сетей передачи данных, обеспечивающей их взаимодействие с видеосерверами. В случае аналогового вещания, необходимо обеспечить шлюзование сети КТВ с сетью передачи данных. Шлюз должен выполнять цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразования ввдеопотоков.

Мировые компании кабельного ТВ уже давно использовали оптоволоконные линии для дистрибуции телепрограмм первого уровня (до центральных станций кабельного ТВ или до узлов клиентского агрегирования). Появление цифровых форматов вещания лишь повысило уровень утилизации каналов и качество вещания. Вполне естественно, что модернизация затронула и каналообразующую аппаратуру. Появились ATM и 1Р-шлюзы, обеспечивающие цифро-аналоговое/аналого-цифровое преобразование видеопотоков. В качестве промышленных кодеков можно назвать решения следующих компаний:

StreamRunn口 AVA/ATA — 300 (Fore Syst. Marcony). Устройство разрабатывалось как пограничный АТМ-коммугатор, который позднее стал применяться и как абонентское окончание. Кодер AVA-300 поддерживает до 6 входных видеопортов и обеспечивает вещательный режим (multicast), обеспечивающий доставку видеопотоков подписчикам без дополнительного конфигурирования сети. Как кодер AVA-300, так и декодер AVA- 300 поддерживают витопарные и оптоволоконные (многомодовые) АТМ- порты (155 Мбит/с и 25 Мбит/с). http://www.marconi.com/media/ streamrunnei^_ds.pdf

МАС 500 (GeneralDataCom). Пограничный ATM-коммутатор, самостоятельно поддерживающий режим вещания (multicast), без дополнительной настройки сети и прописывания этого режима в остальных сетевых устройствах. Поддерживает до 6 видеопортов и широкий спектр телекоммуникационных интерфейсов, http://www.gdc.com/products/mac500.

Nextore (Thomson Multimedia Broadcast & Networking, Nextream http://www.thomsonbroadcast.com/tbscd/products. asp?produit= Nextore%20Server%20MPEG2). Устройство разрабатывалось по заказу Шведской компании Bredbandsbolaget (В2). Оно используется для инкапсуляции DVB в IP-пакеты и доставки цифровых телеканалов эфирного вещания через IP-инфраструктуру на специализированные терминалы абонентов Set Top Box. http://www.bredband.com/.

NAC-3000/NAC-4000 (OptiVision). Комплект устройств кодер/декодер, ориентированный на высококачественные видеоуслуги в среде IP. http://www.optivision.com/products/nac3.htmlhttp://www.optivision.com/ products/nac4. html.

VS Pro / VS 2311B (OptiVision). Потоковый видеошлюз/кодер цифровых видеопотоков, поддерживающие широкий спектр сетевых интерфейсов как ATM, так и IP. Устройства входят в линейку продуктов, реализующих концепцию компании по услугам видеостриминга, http:/ /www.optivision.com/products/pro.html, http://www.optivision.com/ products/mpeg.html.

Minerva (Minerva Networks®). Однопотоковый мультиформатный аудио & видеошлюз. Он имеет IP-интерфейс Ethernet Ю/lOOBase-Tx, удаленно конфигурируемый через WEB, занимающий по ширине половину 19й стойки (монтируются по два на одну полку шкафа и ориентирован на промышленное применение), http://www.sgi.com/newsroom/press_releases/ 2000/september/minerva.html, http://www.minervanetworks.com./.

CellStack Aurora MPEG-2 (CellStack Systems). Однопотоковый мультиформатный аудио & видеопшюз с АТМ-икгерфейсом ОС-3 (155 Мбит/с), который конфигурируется через RS232, Telnet/Web browser (HTTP) интерфейс. http://wwwxШsteck.com/pIoducts/aurora/Inain.html.

Помимо шлюзования интерактивного видеоконтента из сета передачи данных в сети КТВ, возможно и обратное шлюзование эфирного и кабельного ТВ в сети передачи данных для расширения услуг широкополосного доступа.

Это решение прозрачно для абонентов, максимально интегрировано с точки зрения номенклатуры услуг и инвариантности мультисервисной сети к типу терминала абонента.

Специфика биллинга

Интеграция сети КТВ в мультисервисную сеть позволяет структурировать абонентские платежи и использовать дифференцированную тарификацию услуг вместо простого взимания абонентской платы и оплаты доступа в Internet. Возможность клиента в интерактивном режиме получать информацию о состоянии своего счета, пополнять его, изменять номенклатуру заказываемых им услуг, осуществлять заказ видеоматериалов и формирование индивидуальной программы вещания «user play list» — вот далеко не полный перечень возможностей появляющихся с интеграцией сети КТВ в мультисервисную сеть.

Структурированная интерактивная биллинговая система КТВ может стать органичной частью единой биллинговой системы мультисервисной сети с развитой сетью центров абонентского обслуживания для заключения договоров на комплексное телекоммуникационное обслуживание, приема абонентских платежей и продажи карт предоплаты услуг.

При этом не потребуется отдельной службы, занимающейся биллингом Internet-трафика в сетях КТВ с обратным каналом, так как его тарификация аналогична схеме взимания платежей в сетях передачи данных мультисервисной сети.

Оптические абонентские сетимультисервисных сетей

Активное распространение оптоволоконных инфраструктур, соизмеримость стоимости прокладки как медного, так и оптического кабеля (стоимость прокладки одного метра оптического кабеля колеблется в диапазоне 7$...15$), а также бурный рост трафика мультимедиа данных и различных приложений реального времени обусловили разработку концепции — оптическое волокно в каждый дом (Fiber to the User — FTTU), В этой концепции волокно от головного узла следует непосредственно в квартиру абонента. На пути прокладки кабеля могут устанавливаться пассивные оптические распределительные кроссы, дробящие многожильные оптические кабели в кабели с меньшим силом волокон, и, в частности, в двухжильные оптические кабели.

Технология абонентского доступа по оптическому волокну обеспечивает:

Широкую полосу виртуальных каналов, отсутствие ограничений на внедрение новых и поддержку существующих услуг.

Снижение расходов за счет применения пассивных абонентских окончаний.

Возможность совместимости с технологией WDM магистральной инфраструктуры.

Снижение стоимости оптической инфраструктуры за счет использования множеством абонентов общее оптоволокно и оптический интерфейс OLT.

Масштабируемость за счет использования дополнительных длин оптических волн.

Возможно несколько подходов к созданию пассивных абонентских оптических сетей: либо на базе применения оптических портов Ethernet-ком- мутаторов, либо специализированных устройств операторского класса.

Первый вариант стратегии применяется в нескольких проектах построения широкополосных мультисервисных сетей (Fast Web в итальянском Милане или В2 в Швеции). При этом для ускорения монтажа кабелей, используются специальные оптические разъемы MT*RJ, аналогичные RJ-45. Не оптимальность использования Ethernet-среды для коммерческих применений в мультисервисной сети операторского класса обсуждалась выше.

Второй вариант реализации концепции FTTU — это абонентские, пассивные оптические сети APON, стандартизованные в G.983, что гарантирует их совместимость с рекомендациями FSAN/ITU и предусматривает применение транспортного протокола ATM.

Архитектура APON предлагается компанией Alcatel на базе устройств 7340. Такое решение привносит мощный механизм, обеспечивающий гарантии поддержания уровня обслуживания SIA и качества предоставляемых услуг Quality of Service (QoS), гибкую и эффективную поддержку любых приложений в полосе пропускания до 20 Мбит/с на каждого абонента. Оно обеспечивает пропускную способность канала доступа APON в узлы агрегирования трафика в симметричном 155/155 или асимметричном 622/155 Mb/s режиме при удалении от узла агрегирования на 20 км. Система позволяет обслуживать до 32 абонентов на каждый кабель с гарантированной развязкой с помощью WDM-сплиттеров/комбайнеров оптических длин волн в диапазонах:

1490 пт — нисходящие к абонентам информационные потоки (Down-link);

1310 nm — восходящие от абонентов информационные потоки (Up-link);

1550 nm — нисходящие видеопотоки интерактивного ТВ и видеоприложений (Video Down-link).

Абонентские оптические сетевые окончания обеспечивают высокую защищенность абонентских каналов на физическом уровне, автономность питания за счет встроенных UPS. Обычно они имеют наружное исполнение и оказываются высокоэффективными для обслуживания катеджных городков и частных домов, то есть в местах с низкой плотностью застройки, где невозможно или

нецелесообразно использование инфраструктуры медных кабелей. Каждый такой модуль может обслуживать как частного абонента, так и групповых корпоративных пользователей малого или среднего бизнеса.

Важно отметить, что стоимость подключения абонента в такой сети колеблется около 1000$, что вполне соизмеримо (если учесть пассивную оптическую инфраструктуру) с подключениями по 10/100 Base-X Ethernet или с xDSL- окончаниями, стоящими несколько сотен долларов. Качество же подключения к APON несоизмеримо выше как с точки зрения гарантий качества обслуживания и информационной безопасности абонента, так и с точки зрения набора услуг и маркетингового запаса. Логическая пропускная способность абонентского окончания не уступает 100 Base Ethernet и обеспечивает параллельную доставку 3 высококачественных видеопотоков (качества DVD для домашних кинотеатров), высокоскоростной доступ в Интернет, сеанс видеоконференцсвязи или видеотелефонии, а также работу с различными информационно справочными приложениями. Наличие в абонентском окончании дополнительного интерфейса для подключения кабельной телесети дает гибкие возможности для внедрения интерактивных ТВ - приложен ий без необходимости применять специализированный Set Top Box.

С точки зрения агрегирования абонентского трафика, концентратор абонентских оптических линий хорошо масштабируем за счет модельной архитектуры и эффективно поддерживает как корпоративные, так и частные приложения мультисервисной сети. Он может агрегировать, например, в Alcatel 7340 до 7000 абонентских окончаний на один 7-футовый шкаф, объединяя до 54 ЫМ-ов (выносных интерфейсных модулей).

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Сети общего пользования всегда опираются на решения операторского класса, так как для них ключевым критерием является качество предоставляемых услуг. Современные потребительские ожидания абонентов мультисервисной сети общего пользования охватывают очень широкий спектр услуг, номенклатура которых непрерывно растет, а требование к параметрам качества их работы ужесточаются.

Мультисервисные сети общего пользования должны обеспечивать все секторы рынка телекоммуникаций. Она должна быть адаптивна к любым запросам рынка и, одинаково эффективно, обслуживать запросы, как частных, так и корпоративных потребителей. Поэтому базовая часть мультисервисной сети общего пользования, обеспечивающая магистральную транспортировку трафика, должна быть наиболее универсальна и одинаково эффективна для всех видов трафика.

Магистральная мультисервисная сеть

Как показал анализ современных технологий переноса трафика, наиболее эффективным, исходя из критерия качества обслуживания, решением для рассматриваемой задачи, является применение на физическом и канальном уровне сетевой модели ISO/OSI АТМ-технологии.

Корпоративный сектор рынка формирует, на сегодняшний день, основную часть доходов от услуг широкополосного доступа, определяющих тенденции развития мультисервисных сетей. Инфраструктуры корпоративных мультисервисных сетей объединяет территориально разнесенные LAN, которые построены на технологии Ethernet. Они являются большим подмно-

жеством мультисервисных сетей общего пользования. Поэтому оператор сети общего пользования, предоставляющий услуги объединения территориально разнесенных локальных корпоративных сетей, может воспользоваться этой технологаей при построении мультисервисной инфраструктуры масштаба города (MAN) или даже страны (WAN).

Использование средн Ethernet, при построении магистральной мультисервисной сети, может сократить издержки оператора сети общего пользования. Основная экономия может быть достигнута на оборудовании узлов сети, обслуживающих корпоративный сектор рынка. При этом могут быть использованы как специализированные IP-коммутаторы, объединяемые в наложенную сеть оператора мультисервисной сети, так и отдельные блоки с IP- интерфейсом универсальных АТМ-коммутаторов.

Комплексное решение по криптозащите информационных потоков может быть отнесено, как в зону ответственности за качество предоставляемых услуг со стороны абонента, так и со стороны оператора. Концепции построения Ethernet-сети общего пользования, обычно, относит эту задачу в зону ответственности абонента. Однако рост объема информационных услуг мультисервисной сети и, прежде всего, приложений xSP (различные виды сервис-провайдинга), может поставить перед оператором мультисервисной сети серьезную проблему — обеспечение информационной безопасности его клиентов. Это в большей степени относится к корпоративным сетям малого и среднего "бизнеса.

Применение IP-коммутаторов в мультисервисной сети общего пользования повышает вероятность несанкционированного доступа злоумышленников к абонентской информации и угрозу информационной безопасности самого оператора мультисервисной сети общего пользования.

Комплексный анализ эффективности применения при построении магистральной мультисервисной сети подсетей на технологии Ethernet показывает, что в случае, когда маркетинговая стратегия оператора ограничена лишь предоставлением услуг транспортировки трафика и не распространяется на приложения xSP, такое решение наиболее оправдано и эффективно.

Если же маркетинговая политика оператора мультисервисной сети общего пользования распространяется и на услуги информационных приложений, то нецелесообразно для коммерческих приложений предусматривать в рамках сетевой инфраструктуры, находящейся в зоне ответственности оператора, Ethernet-коммутаторы.

Как было показано во второй главе, внедрение технологии MPLS эффективно лишь для повышения качества услуг в среде Ethernet и конвергенции технологий сетей с дайтаграммной маршрутизацией и сетей, ориентированных на соединения с помощью виртуальных каналов. Технология MPLS на сетях ATM не может повысить качество обслуживания, так как механизмы QoS IP более слабы, чем инструментарий среды ATM. Поддерж-

№ этой технологии повышает стоимость как Ethernet, так и АТМ-комму- LropoB в узлах мультисервисной сети общего пользования. Помимо этого, Вменение MPLS влечет за собой дополнительную, по сравнению с вир- тьными каналами ATM, обработку пакетов и ведет к избыточному по- ||)реблению сетевых ресурсов.

Приведенная аргументация позволяет более четко провести границы применимости комбинированных устройств ATM/IP/MPLS и более взветен- шм> вырабатывать техническую политику развития мультисервисной сети 仰血него пользования каждым из операторов.

Узлы агрегирования мультисервисных сетейобщего пользования

Узлы агрегирования мультисервисной сети общего пользования призваны обеспечить конвергенцию различных технологий, применяемых при построении абонентской инфраструктуры, провести шлюзование трафика в магистральную мультисервисную сеть и гарантировать прозрачность взаимодействий абонентов со всеми доступными им приложениями и услугами. Эти функции наиболее эффективно выполняют пограничные АТМ- коммутаторы, имеющие развитый и гибко настраиваемый интерфейс, способный удовлетворить требования любой технологии.

Предоставление услуг по объединению локальных сетей и высокоскоростному доступу к Интернет-ресурсам может потребовать от оператора применения технологии Ethernet при решении задачи «последней милн». В этом случае применение Ethernet-устройств (коммутаторов и маршрутизаторов), обеспечивающих поддержку MPLS в узлах агрегирования мультисервисной сети оператора, может оказаться целесообразным и экономически эффективным.

В случае высокой вероятности возникновения конфликтных ситуаций во взаимоотношениях с абонентом, необходимо четкое определение прав и обязанностей участников абонентского договора. Это необходимо, так как существует опасность предъявления им иска на компенсацию упущенной выгоды, вследствие деградации качества предоставляемых услуг. Контроль параметров качества предоставляемых услуг, в особенности применительно к трафику реального времени, существенно легче осуществляется в среде ATM. Поэтому из соображения гарантированного обеспечения условий абонентского договора по уровню обслуживания SLA наиболее правильно потребовать выноса пограничных Ethernet-коммугаторов с АТМ-интерфей- сом к абоненту.

Узел агрегирования доступа концентрирует трафик нескольких тысяч абонентов и объединяет десятки узлов абонентского доступа. Поэтому оборудование узла агрегирования должно иметь гарантированное питание. Размещение его должно производиться в специальных охраняемых помещениях.

Специфика исполнения узла агрегирования доступа позволяет не только концентрировать трафик, но и совместить его с узлом агрегирования услуг. Коммутационное оборудование позволяет включить сервер соответствующего приложения при построении распределенной системы реализации услуг.

Перенос серверов приложений ближе к границам мультисервисной сети целесообразен в следующих случаях:

Величина контролируемых параметров QoS, гарантирующих качество обслуживания, не может быть обеспечена при транспортировке пакетов из конца в конец сети. Именно по этой причине в концепции сети доставки контента (Content Delivery Network — CDN) компании Cisco фигурируют пограничные сервера приложений.

Централизованная архитектура приложения приводит к перегрузкам в магистральной сети.

Кластер серверов приложения не обеспечивает производительность системы ввода/вывода, которая необходима для предоставления услуг в полном объеме.

Создание распределенной системы обеспечения информационного приложения, состоящей из равноправных, а не иерархически связанных, серверов повышает угрозу информационной безопасности оператора мультисервисной сети, так как контент в этом случае мигрирует к границам мультисервисной сети, что повышает вероятность несанкционированного доступа к нему злоумышленников.

В случае включения пограничных серверов в сеть хранения данных для доступа непосредственно в контентохранилище, угроза информационной безопасности также возрастает и оказывается не меньше, чем в случае равноправных серверов приложения с локальной дисковой памятью.

Рекомендации по обеспечению информационной безопасности оператора мультисервисной сети требуют использования специфики предоставления информационных услуг, которая заключается в асимметрии трафика (обычно нисходящий в сторону абонента информационный поток в несколько раз превышает объем исходящего от него трафика). Это обстоятельство позволяет разделить входящий и исходящий информационные потоки приложения на два симплексных канала. При этом доступ абонента к приложению обеспечивается только через специальную программу «привратник», называемую Порталом, которая обеспечивает авторизованный доступ абонента к соответствующему приложению.

Вот почему наиболее оттамалвннм решением при создании распределенной системы обеспечения услуг является двухуровневая иерархическая организация соответствующего информационного приложения. Такое решение позволяет обеспечить дистрибуцию контента из централыюго контентохранилища в режиме, приближенному к реальному времени и обеспечить гарантии качества доставки информации за счет ее буферкзащш в похраничных серверах приложения.

Абонентская инфраструктурапредоставления широкополосныхуслуг в мультисервисных сетяхобщего пользования

Проведенный анализ технологий абонентского доступа показал, что любая из них может в той или иной мере удовлетворить потребностям абонентов мультисервисной сети. Это замечание особенно важно в случае модернизации существующей сети оператора, так как, в ряде случаев, удается расширить номенклатуру услуг мультисервисной сети можно, не проводя модернизацию абонентской инфраструктуры.

В случае, когда планируемая номенклатура услуг требует наращивания полосы пропускания на существующем проводном абонентском окончании, бесспорным лидером для обслуживания частных клиентов является технология ADSL, учитывающая асимметрию мультимедиа-трафика на абонентском окончании. В этом случае для корпоративного клиента, обычно, в силу симметрии межофисного обмена, более привлекательны SHDSL-соединения. Удачное сочетание технологий xDSL в одном концентрирующем модуле ASAM позволяет оператору проводить гибкую маркетинговую политику, минимизировать затраты на модернизацию абонентской инфраструктуры и повысить эффективность своей коммерческой деятельности.

Разворачивание новой абонентской инфраструктуры мультисервисной сети требует серьезных инвестиций и должно быть экономически оправданным. Поэтому наиболее интересны хорошо масштабируемые решения, обладающие достаточным техническим запасом, обеспечивающие гибкость решения на начальном этапе и минимизацию начальных вложений.

Такими качествами обладают системы радиодоступа типа LMDS/LMCS, позволяющие очень быстро развернуть гибко реконфигурируемую инфраструктуру доступа в мультисервисную сеть и сформировать групповых потребителей в районах с высокой плотностью населения и несформирован- ным спросом на номенклатуру услуг. При этом абонентская разводка внутри здания (многоквартирный дом) может быть легко обеспечена с помощью узлов агрегирования абонентского трафика, как на базе сетевых терминалов LMDS (при поэтажной разводке), так и на базе ASAM- концентраторов xDSL-доступа.

Второй вариант представляется предпочтительнее, так как при сформированном спросе радиоканал может быть легко заменен экономически оправданным оптическим соединением группового потребителя с узлом агрегирования доступа мультисервисной сети.

В зоне элитного строительства с низкой концентрацией абонентов наиболее эффективной могут оказаться пассивные оптические сети со стоимостью абонентского подключения около 1 долларов США. При таком решении модернизация сети сводится к замене терминирующих устройств, без какой-либо реструктуризации оптической инфраструктуры.

Как показывает прогнозирование пиковой нагрузки на абонентское окончание в ближайшие пять-десять лет трудно ожидать потребления одним частным абонентом пропускной способности более, чем несколько десятков Мбит/с (2-3 телевизора, 1-2 компьютеров, 1-2 видеотелефона или терминала видеоконференц-связи и т.п.). Что же касается исходящего от абонента трафика, то его объем очень мало вероятно выйдет за пределы нескольких Мбит/с.

Динамика роста корпоративного трафика уже сегодня требует, для крупных и средних компаний, симметричных соединений (на скоростях до 1 Гбит/с, а в дальнейшем до 10 Гбит/с, что в среде ATM соответствует соединениям STM-4 и STM-16).

Столь существенное различие в пропускной способности абонентских окончаний может потребовать создания специализированных узлов агрегирования доступа для корпоративных и частных клиентов. Специализация обусловлена различием в требуемых интерфейсах оборудования, применяемого на узлах агрегирования доступа. Территориальные отличия в концентрации тех или иных абонентов позволяют адекватно определить требуемую конфигурацию узла агрегирования доступа, способную удовлетворить потребности абонентской инфраструкгуры.

В заключение хочется отметить, что применение в качестве основной транспортной среды оператора технолагии ATM, позволяет объединить разнородные технологические решения мультисервисной сети в единую однородно управляемую систему, прозрачную для абонентов и легко эксплуатируемую оператором, готовую к эволюции услуг и приложений, удовлетворяющих потребительский спрос.

Появление сетей передачи данных потребовало от операторов этих сетей создания центров, аккумулирующих вспомогательную информацию. Эта информация необходима для повышения эффективности и качества операторской деятельности.

В первую очередь эта потребность коснулась Internet Service Providers (ISP). Так как обеспечение доступа в Интернет потребовало от сервис-провайде- ров разворачивания сетевого ресурса именуемого Интернет-шлюзом, состоящим из серии прикладных серверов различных служб Интернет (FTP, E-mail, DNS, NAT, Proxy и т.п.).

Параллельно с этим, развитие речевых услуг и их интеллектуализация потребовали внедрения аппаратно-программных комплексов IN, а затем и NAE также являющиеся, с одной стороны, сетевыми ресурсами, а с другой — центрами аккумулирования информационных ресурсов и агрегирования услуг.

Появление центров данных, аккумулирующих информационные ресурсы мультисервисной сети, стимулировало появление в сетях операторов:

индивидуальных клиентских профилей;

мультитерминальных Контакт- и Сервис-Центров, обеспечивающих конвергенцию сетей оператора;

развитие биллинговых систем и внедрение различных форм учета потребленных услуг и взаиморасчетов между оператором и абонентами.

Автоматизация деятельности оператора и развитие его электронного документооборота привело к необходимости создания специализированной телекоммуникационной инфраструктуры ——корпоративной сети, гарантирующей доставку корпоративных информационных потоков. Эти информационные потоки необходимо аккумулировать и архивировать для дальнейшей обработки в специальных информационных центрах — центрах данных. Основу центров данных составляют прикладные серверы корпоративной сети оператора. Сервера информационных приложений различных подсистем, автоматизирующих деятельность оператора мультисервисной сети, выделяются в рамках корпоративной сети оператора в специальную подсеть сетевых приложений с общим полем дисковой памяти (SAN). Такое решение необходимо, прежде всего, в целях обеспечения политики информационной безопасности оператора.

Совокупность аппаратно-программных комплексов информационного обеспечения оператора мультисервисной сети получили название Центров данных. Иногда этот термин обобщается на комплекс прикладных серверов, обеспечивающих коммерческие услуги сервис-провайдеров (например, хостинг), а также на специализированные хранилища данных с повышенной надежностью хранения (например, аппаратно программный комплекс, обеспечивающий Storage Service Providing).

Рассмотрим общие принципы построения корпоративной сети оператора мультисервисной сети на основе:

обзора специфики подсистем, автоматизирующих деятельность оператора мультисервисной сети;

анализа информационных потоков между подразделениями, входящими в структуру оператора мультисервисной сети;

анализа информационной безопасности оператора мультисервисной сети. Необходимо выявить типовые угрозы нанесения ущерба, определить мер предотвращения несанкционированного доступа и минимизации ущерба от мошенничества.

Летальное проектирование корпоративной сети оператора ——всегда индивидуальный процесс. Он требует специальной проработки системными интеграторами или иными проектантами в соответствии с требованиями оператора, его концепцией развития и стратегией ведения бизнеса.

Глава 1

КОНЦЕПЦИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ОПЕРАТОРСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Эволюция операторских сетей в конвергентные и мультисервисные требует хранения и обработки все возрастающего объема информации о клиентах, собираемой и структурируемой в интересах автоматизации деятельности, специфичной для различных служб оператора:

технической эксплуатации сети;

сетевой безопасности;

абонентский отдел;

маркетинга;

рекламы;

биллинга;

перспективного развития, и т.п.

Эффективность деятельности оператора существенно зависит от степени автоматизации его документооборота и оптимизации внутри корпоративных информационных потоков. С одной стороны, решение должно строиться в зависимости от степени доступности информации, необходимой для деятельности того или иного подразделения, а с другой стороны, — от минимизации объема обрабатываемой информации и удобства ее представления.

.1. Электронный документооборот

Электронный документооборот позволяет минимизировать время доставки документов, гибко формировать рабочие группы и оперативно принимать оптимальные решения. Для автоматизации деятельности предприятия и перехода на безбумажную технологию необходимо оптимизировать и структурировать информационные потоки предприятия, формализовать алгоритмы

взаимодействий между подразделениями, а также устранить избыточность и противоречивость информационной модели его функционирования.

На практике, оказывается, довольно сложно формализовать инфорт^ацион- ные потоки между подразделениями и алгоритмы их взаимодействий, так как включается целый ряд мешающих факторов：

человеческий (люди, не влияющие на принятие решений, но визирующие документы, пытаются отстоять свою значимость в деятельности предприятия и запутывают документооборот и процедуры принятия решений);

исходя из специфики деятельности, структура предприятия не оптимальна (невозможно автоматизировать хаос и нецелесообразно автоматизировать деятельность, которая требует оптимизации и, следовательно, модернизации системы автоматизации по ее завершению);

отдельные подразделения давно локально автоматизированы, их персонал привык пользоваться существующей системой, но взаимодействие между подразделениями затруднено, так как используются различные аппаратно-программные платформы и среды трудно совместимые между собой.

Таким образом, система автоматизации предприятия не должна быть жестким оптимизированным, созданным раз и навсегда продуктом. Она должна быть гибко настраиваемой средой информационных взаимодействий, способной легко адаптироваться:

при изменении или расширении задач предприятия;

его реструктуризации;

при появлении необходимости в дополнительных информационных потоках в рамках повышения эффективности уже существующей деятельности.

Интернет, как универсальная информационная среда, давно сформировал инструмент управления информационными потоками на базе WEB-приложений, независящих от операционных систем и СУБД серверов приложений. Такие решения позволяют отделить процессы ввода и отображения данных информационных приложений, от процессов обработки запросов, поиска и обновления необходимой информации, создать распределенные системы и объединить множество приложений между собой.

Таким образом, задача автоматизации деятельности предприятия, в частности, оператора мультисервисной сети, сводится к созданию корпоративной сети Интранет. Применительно к оператору мультисервисной сети более жестко, чем в других видах деятельности, предъявляются требавания по структуре Интранет и его систем безопасности. Безусловно, любой оператор имеет свою специфику деятельности. Однако возможно выделить общие черты и особенности информационных потоков и специфику деятельности оператора мультисервисной сети.

Специфика корпоративной сети операторамультисервисной сети

Корпоративная сеть оператора связи призвана обеспечить документооборот по безбумажной технологии, коммутацию всех информационных потоков Интранета и аккумулирование информации о функционировании и коммерческих процессах в мультисервисной сети. Последняя задача обуславливает необходимость шлюзования коммерческой мультисервисной сети и корпоративной Интранет-сети оператора. Информационный обмен между этими сетями необходим, но может сыграть роль «троянского коня», маскирующего вторжение и несанкционированный доступ к конфиденциальной информации, составляющей коммерческую тайну оператора. Именно удовлетворение требованиям по сетевой и информационной безопасности «Оранжевой книги», разработанной Министерством обороны США и Национальным комитетом компьютерной безопасности, отличают корпоративную сеть оператора.

Взлом системы безопасности корпоративной сети оператора дает злоумышленнику, практически неограниченные, возможности для мошенничества. Он может нанести ощутимый ущерб финансовой деятельности компании оператора мультисервисной сети. Убытки от мошенничества у компаний операторов составляют в среднем от сотен тысяч до нескольких миллионов долларов США ежемесячно.

Особенность информационных потоков, поступающих из мультисервисной сети оператора в его корпоративную сеть, заключается в том, что эта информация имеет различную «окраску», то есть различную ценность и сте- пень коммерческой значимости, что требует дополнительных мер структурирования прав доступа к информации. Поэтому система сетевой безопасности корпоративной сети оператора должна обеспечить одновременную обработку информации разной степени секретности группой пользователей без нарушения прав доступа.

Основное назначение сисгаиы сетевой безопасности — выполнять функции монитора обращений, то есть контролировать допустимость выполнения субъектами определенных операций над объектами. Каждое обращение пользователя к программам или данным проверяется на предмет согласованности со списком действий (сценарием), допустимых для этого пользователя.

От монитора обращений требуется выполнение трех основных свойств:

Изолированность» Он должен быть защищен от отслеживания своей работы на любом уровне сетевой модели ISO (как на сетевом, так и на канальном или физическом уровне).

Полнота. Обязательность его работы при каждом обращении к охраняемым ресурсам (не должно быть способов отключения или обхода монитора обращений).

1| • Верифицируемость. Монитор должен быть компактным, чтобы его мож- || но было проанализировать и протестировать, будучи уверенным, в U полноте тестирования.

lOkuKHHM средством обеспечения безопасности является механизм подотчет- шк：ти (протоколирования). Надежная система должна фиксировать все со- ®ьгия, касающиеся безопасности. Ведение протоколов должно дополнять- а аудитом, то есть анализом регистрационной информации.

корпоративная сеть оператора должнд быть четко структурирована в соот- аетствии со спецификой деятельности каждого из подразделений, составом рабочих групп и сценариями их взаимодействия с информационными По-

Елками. *

Помимо решения задачи электронного документооборота корпоративная сеть оператора должна быть органично интегрирована с системами автоматизации контроля и управления промышленными помещениями и сооружениями, оснащенными комплексами:

климат- ко нтроля;

энергоснабжения и бесперебойного питания, в первую очередь, сетевых ресурсов;

система пожарной безопасности;

контроля физического доступа и видеонаблюдения, и т.п.

Интеграция корпоративной сети оператора с автоматизированной системой жизнеобеспечения мультисервисной сети необходимо для повышения эффективности локализации экстренных ситуаций и устранения их последствий в кратчайшие сроки.

Автоматизация систем жизнеобеспечениясооружений и узлов мультисервисной сети

Деловая активность любого предприятия основана на договорных отношениях. Применительно к оператору мультисервисной сети договорные отношения устанавливают взаимные обязательства оператора и абонента. Именно эти обязательства заставляют оператора бороться за максимальную надежность мультисервисной сети и обеспечение гарантий безотказного предоставления услуг абоненту. Этим обусловлено то, что решения операторского класса предусматривают резервирование систем по принципу 1 + 1 или N+1. В первую очередь, резервирование касается блоков питания и определяет оптимизацию системы бесперебойного питания с учетом гарантированного времени устранения отказа.

На первый взгляд, наращивание надежности мультисервисной сети ведет к дополнительным расходам и увеличивает себестоимость предоставления услуг. Но, как сказал Аристотель: «Люди становятся богаче не только путем прибавления к тому, что у них есть, но и путем сокращения расходов», то есть более высокие капитальные вложения оператора на начальном этапе существенно снижают эксплуатационные расходы, что в конечном итоге уменьшает себестоимость услуг.

Минимизация себестоимости услуг также может быть достигнута за счет развитой системы энергоресурсосбережения на основе автоматизации систем жизнеобеспечения мультисервисной сети.

Управление системой жизнеобеспечения может быть:

централизовано (наиболее предпочтительно для средних операторов, для которых важнейшим является обеспечение надежности всего, относительно небольшого, комплекса оборудования мультисервисной сети);

децентрализовано (часто встречается в корпоративных мультисервисных сетях);

структурировано (наиболее предпочтительно при построении коммерческой мультисервисной сети, так как различные сервисы могут размещаться в разных местах в силу специфики своего функционирования и требовать отдельного рабочего места по управлению системой).

Система управления жизнеобеспечением объединяет административные и промышленные помещения мультисервисной сети. Очевидно, что для управления ею целесообразно использовать каналы мультисервисной сети с гарантированной безопасностью транспортировки трафика.

Автоматизация систем климат-контроля

Климат-контроль промышленных помещений узлов мультисервисной сети играет важную роль в деятельности операторов. Он гарантирует повышенную надежность электрических контактов активного сетевого оборудования при оптимальных затратах по обслуживанию этих помещений. Системами климат-контроля известной фирмы HIROSS пользуются, например, такие известные в телекоммуникационном мире компании как ERICSSON, Санкт- Петербургская компания «Дельта Телеком», ряд Московских станций связи Телекоммуникаций, а также множество АТС и ВЦ.

Системы климат-контроля операторского класса отличает:

Модульность и возможность совместного использования нескольких установок.

Высокая надежность (непрерывная работа 24 часа в сутки, 365 дней в году)-

Точность поддержания температурно-влажностных характеристик (±0,2°, ±3% относительной влажности).

Высокая мощность при минимальных расходах.

Точная фильтрация воздуха (с гарантированным процентом содержания пыли в помещении).

Сильный воздушный поток гарантирует равномерное распределение воздуха и отсутствие тепловых гнезд.

Низкий уровень шума.

Автоматический режим работы.

Электромагнитная совместимость (отсутствием электромагнитных помех другому оборудованию).

Экологическая чистота (фреоны R22, R407C).

Микропроцессорное управление с наглядным отображением информации.

Возможность дистанционного управления и подключения к другим системам управления.

Контролю подлежат влажность, температура и степень очистки воздуха. Температурный режим промышленных помещений обеспечивается системой отопления и кондиционирования. Автоматизация работы этой системы сводится:

к системе датчиков, размещаемых в наиболее критичных точках промышленных помещений;

микроприводов управления терморегуляторами;

адаптивной системе кондиционирования, состоящей из воздуховодов и устройств нагнетания воздуха.

Подключение датчиков и исполнительных механизмов обеспечивается обычной двухпроводной кабельной инфраструктурой.

Существуют различные комплексные решения, как для автономных узлов мультисервисной сети, размещаемых в специальных контейнерах, так и для специализированных помещений в административно-промышленных зданиях.

Обеспечение необходимых климатических параметров с помощью автоматизированной системы климат-контроля позволяет продлить срок безотказной работы оборудования мультисервисной сети и минимизировать затраты на отопление производственных помещений в зимнее время и на кондиционирование — в летнее.

1-3.2. Системы пожарной безопасности

Огромное количество сла|5оточных электрических устройств и контактов в них на узлах мультисервисной сети обуславливают опасность возникновения точек аномальной температуры, которые могут оказаться причиной пожара. Пожар, как любое другое стихийное бедствие, может нанести су-

шественный ущерб деятельности оператора. Даже локальный перегрев телекоммуникационной инфраструктуры может привести к существенной потере качества канала. Поэтому система пожарной безопасности — это распределенный комплекс различных датчиков и систем пожаротушения, соответствующих специфике функционирования агрегатов и узлов телекоммуникационной инфраструктуры мультисервисной сети.

Автоматизированная система пожарной безопасности позволяет дистанционно диагносшровать аварийные ситуации и принимать своевременные меры их предотвращения, гарантирующие минимизацию ущерба. Совмещение ее с системой управления жизнеобеспечением дает возможность избежать потери качества абонентских каналов в случае аварийной ситуации. Результат достигается за счет оптимизации работы всех подсистем, а также за счет своевременных управляющих воздействий в мультисервисной сети по перераспределению нагрузки и использованию всех возможностей сетевых ресурсов.

Автоматизация систем электропитания

Использование электроэнергии стало столь привычным, что только перебои в сети электропитания и их последствия заставляют нас серьезно задуматься о нашей зависимости от электроснабжения.

При организации системы бесперебойного электропитания должно решаться большое количество вопросов, определяющих основные характеристики аппаратных комплексов мультисервисной сети. Прежде всего, это:

Время автономной работы.

Устойчивость системы к внешним дестабилизирующим или поражающим факторам, проникающим по сетям электроснабжения.

Защита от утечки информации по каналам электроснабжения.

Устойчивость к одиночному отказу.

Живучесть.

Время восстановления, и т.п.

Оптимальным методом повышения устойчивости аппаратных комплексов к воздействию внешних дестабилизирующих и поражающих факторов является, кроме необходимой защиты от эфирных помех, применение специальной силовой аппаратуры, которая обеспечит гарантированную защиту от попадания в систему аппаратного комплекса внешних воздействий:

выбросов и провалов импульсного характера;

кратковременных и долговременных понижений и пропаданий напряжения электропитания;

высокочастотных, мощных помех от дуговой сварки;

импульсов напряжения и тока, возникающих при грозовых разрядах (молниезащита).

Обычно системы бесперебойного электроснабжения строятся с использованием смешанного активного оборудования:

источники бесперебойного питания различной мощности таких фирм как: INVENSYS Power ware, АРС, Liebert;

дизельные и газоэлектростанции фирм F.G. Wilson Engineering LTD и SPARK;

электропитающие установки постоянного тока для средств связи и телекоммуникаций фирмы VOIGT&HAEFFNER, ELTECO,

а также пассивного оборудования:

АВР;

коммутаторы;

переключатели;

распределительные щиты;

байпасные переключатели;

фильтры;

счетчики;

аккумуляторы, и т.д.

Естественно, мониторинг состояния пассивных элементов системы и параметров электрической сети в местах их установки очень важен для оценки состояния системы электропитания. Глубина и качество удаленного мониторинга систем бесперебойного питания, проводимого информационным каналам мультисервисной сети, оказывается несоизмеримо выше. Для таких решений характерно использование мощной аппаратуры с развитым интеллектуальным контролем на базе SNМР-адаптеров для оборудования различных типов.

Данные активного оборудования поступают в систему мониторинга через имеющиеся коммуникационные порты. Для контроля состояния пассивного оборудования необходимо использовать дополнительные датчики и контроллеры, при помощи которых возможно измерение цифровых и аналоговых параметров и передача необходимой информации в систему управления жизнеобеспечением.

Универсальная система мониторинга электропитания уже не может быть построена только на базе ПО, поставляемого вместе с оборудованием. При этом требуется использование специального универсального программного обеспечения, осуществляющего прием, обработку, передачу и хранение информации, поступающей от всех типов оборудования и входящего в систему управления жизнеобеспечением типа «интеллектуальное здание».

Полный комплекс может строиться на базе контроллеров с шинами PROFIBUS, CANopen, MODBUS, и т.д. В качестве программного обеспечения могут быть использованы пакеты:

FactorySuite фирмы Wonderware;

GenDAQ фирмы Advatech;

Continuum Facility Management System product line компании Andover Controls;

и других известных производителей комплексных решений по интеллектуализации зданий.

Системы контроля доступа и видеонаблюдения

Коммерческие мультисервисные сети телекоммуникационных операторов являются комплексами сооружений, нуждающимися в специальном режиме охраны и контроля доступа. Несанкционированный доступ и физическое вторжение на охраняемые объекты мультисервиеных сетей может привести к:

утечке коммерческой информации;

нанесению оператору супного материального ущерба;

нарушению конфиденциальности защищенных каналов абонентов;

убыткам абонентов в результате промышленного шпионажа.

Системы контроля доступа мультисервиеных сетей призваны структурировать и регламентировать доступ персонала в административные и производственные помещения оператора, а также в ключевые точки кабельной инфраструктур. Работа системы осуществляется комплексом датчиков движения, присутствия, и иных форм детектирования физического вторжения. Помимо этого, применяется система идентификации и аутентификации персонала, использующая различные ключи, в том числе, цифровые или биопара- метрические, а также применяется регламентация режима работы всех лиц уполномоченных входить и присутствовать в соответствующих помещениях.

Помимо регистрации самого факта несанкционированного доступа система должна отображать и фиксировать реальную ситуацию на охраняемых объектах с помощью комплекса видеокамер. Видеокамеры могут быть различного исполнения, типа и назначения:

маскируемые вицеоголовки для евфытного наблюдения и контроля попа- дания несанкционированных объектов в о?фаняемую зону наблюдения;

цветные, черно-белые или инфракрасные (для наблюдения в полной темноте), подбираемые в зависимости от характера контролируемой видеоинформации и методов ее обработки;

аналоговые или цифровые, в зависимости от сложности необходимы» управляющих воздействий на камеру и характера агрегирования в«- деопотоков в систему видеонаблюдения;

в вандалозащищенных корпусах с герметизацией и с термостабилиза* цией для наружного наблюдения или облегченные с микроприводаши для использования внутри помещений.j

Доставка и распределение видеосигналов системы наблюдения может реализовываться с помощью либо аналоговой кабельной инфраструктуры, либо по широкополосным каналам мультисервисной сети в цифровом формате.

В первом варианте решение дорогостоящее и слабо интегрируемое в универсальную систему управления, требующее наличия инфраструктуры аналогичной сети кабельного телевидения. Такая система более легко обнаруживается и локализуется злоумышленниками, так как это сеть иной природы, чем проводная инфраструктура мультисервисной сети.

Во втором варианте цифровая форма аудио/видеопотоков системы наблюдения позволяет построить структурированную систему наблюдения. Теоретически она не имеет ограничений на: число видеокамер, постов наблюдения и обработки информации, а также моментов детектирования вторжения, подлежащих регистрации и анализу.

Примерами законченных цифровых систем видеонаблюдения могут служить решения：

Oasis Security Integration Software компании Andover Controls;

Ewclid компании КОМКОМ электронике (Россия);

DiSS NetMaster II SUNGJIN C&C (Ю.Корея);

IDR-HDR G2 TECHNOLOGY (Hitron Systems);

IRWin компании TELECOM Group Inc.;

ONGUARD ENTERPRISE компании LENEL.

Системы удаленного мониторинга и управленияразличными объектами через корпоративную сетьоператора мультисервисной сети

Комплексное решение по созданию универсальной системы управления жизнеобеспечением операторского класса пока не существует. В каждом конкретном случае необходимо проводить системную интеграцию и объединение различных подсистем жизнеобеспечения с учетом существующей инфраструктуры операторов мультисервисных сетей.

Программно аппаратные комплексы компаний, приведенных в предыдущем разделе, могут рассматриваться как платформы для разработки универсальной системы автоматизации, дистанционно управляющей службами жизнеобеспечения оператора мультисервисной сещ* Так как все они имеют модульную архитектуру. Обычно это комплекс программных средств, устанавливаемых на микропроцессорную плату, которая встраивается в объект для мониторинга и управления или может быть отдельным модулем.

Такие системы, используя инфраструктуру корпоративной сети:

Производят дистанционный сбор информации об объектах через датчики, контролирующие его состояние и поведение.

Управляют состоянием объекта путем воздействия на его исполнительные устройства — актуаторы.

Осуществляют круглосуточное вндеонаблюдение, которое обеспечивает о^)ану помещений в соответствии со спецификой их использования в течение суток по специалыю разработанным для этих целей сценариям.

Отображают полученную информацию на экране диспетчера в наглядной форме с помощью обычного Web-браузера.

Основное отличие таких систем от известных специализированных решений является то, что они не требуют установки на компьютерах никакого специального программного с^еспечения. Достаточно иметь стандартный Web-браузер и почтовую программу. После ввода адреса в браузер выгружается апплет, который графически отображает состояние каждого датчика и устройства, обеспечивая удобный интерфейс для управления. Апплет взаимодействует с контроллерами по протоколу SNMP для получения информации о состоянии каждого датчика и передачи управляющей информации к каждому устройству. Управление видеокамерами осуществляется по тому же протоколу, а сама передача видео осуществляется обычно с помощью RTTP (Real Time Transfer Protocol).

Системы позволяют дополнительно защитить жизненно важные данные от несанкционированного доступа. Для этого:

На этапе регистрации пользователя используется SSL (Secure Sockets Ьауег)-протокол, характерный для е-бизнеса.

При взаимодействии апплета с системой используется SNMP-прото- кол версии 3, который использует криптографическое шифрование всех передаваемых пакетов данных.

Используется процедура цифровой подписи апплета, что существенно затрудняет его модификацию и подмену во время передачи по корпоративной сети.

Применение этих мер обеспечивает прозрачность обмена данными по любым TCP/IP-сетям и генерщ^ет сравнительно небольшой объем трафика вследствие использования в качестве транспорта протокол без установления соединения UDP.

Обычно в таких системах сущестеует система разграничения прав доступа пользователей. Одним предоставляется право только наблюдать за состоянием объекта, другая часть пользователей сможет управлять актуаторами объекта и, наконец, для специально подготовленных администраторов системы имеется возможность конфигурировать саму систему (добавлять новых или удалять старых пользователей, обновлять текущую версию программного обеспечения, и т.д.).

АГРЕГАТЫ ДАННЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОТОКИ ОПЕРАТОРА МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ

По мере расширения спектра предоставляемых услуг, подразделения оператора работают со все более и более сложными и структурированными информационными объектами, содержащими массу разнородной информации об абонентах, состоянии эксплуатируемой телекоммуникационной инфраструктуры, объеме и качестве предоставляемых услуг, и т.п. Какие- то элементы этих структур являются общими для смежных подрааделений, а какие-то специфичны и необходимы для деятельности только конкретной службы оператора. Построение распределенной информационной системы, автоматизирующей деятельность оператора в рамках его корпоративной сети, основывается на формализации алгоритмов деятельности подразделений и структурировании их информационных потоков.

Безусловно, каждое предприятие ——оператор мультисервисной сети ——имеет свои индивидуальные особенности, что затрудняет применение так называемых «коробочных» (готовых и не требующих доработки) решений. Но можно выделить общие черты деятельности оператора мультисервисной сети. Рассматриваемые виды деятельности могут выполняться различными подразделениями, необязательно входящими в соответствующее структурное образование. Но сами виды деятельности оператора жизненно важны для поддержания конкурентоспособности оператора и повышения доходности его деятельности.

Информационное обеспечениеслужбы технической эксплуатации

Правильная политика эксплуатации мультисервисной сети значительно повышает конкурентоспособность оператора и, в то же время, сокращает расходную часть бюджета компании. Эффективная система эксплуатации обеспечивает:

Снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию мультисервисной сети.

Оптимизацию труда специалистов, и, как следствие, повышение квалификации персонала.

Повышение качества предоставляемых услуг.

Создание системы сбора данных для проведения обоснованной и эффективной инвестиционной политики.

Эффективная система эксплуатации определяет конкурентоспособность предприятия, так как непосредственно влияет на параметры качества предоставляемых услуг. Она выступает, с одной стороны, методом прогнозирования развития и модернизации сети, а с другой,—— мерой эффективности этой модернизации. Большинство мировых операторов используют систему контроля качества для реализации так называемого «точечного инвестирования» в критические точки сети. В результате расходная часть бюджета оптимизируется в 2-3 раза.

Концепция построения эффективной системы эксплуатации состоит в повсеместном использовании, для контроля параметров качества каналов, различных подсистем связи. Контроль осуществляется на основе территориально-распределенных измерительных комплексов, представляющих собой целую систему измерительных средств, объединенных в сеть сбора и обработки информации.

Подсистема сбора информации состоит из совокупности элементарных дистанционно управляемых приборов, имеющих интерфейсы, с одной стороны в мультисервисную сеть, а с другой,——к измеряемому объекту, и реализующих различные сценарии тестирования, задаваемые жестко или программно. Помимо этого, система сбора информации дополняется мобильными лабораториями по поиску и устранению неисправности.

Использование системы централизованного сбора и обработки информации в сочетании с мобильными бригадами по поиску и устранению неисправностей позволяет сократить число необходимых для эксплуатации высококвалифицированных специалистов-диагндстов.

Подсистема обработки данных включает в себя центр сбора данных, различные средства ПО для хранения (базы данных) и статистической обработки данных, а также аппаратно программные комплексы верхнего уров-

ня, обеспечивающие эффективное использование системы эксплуатации. Например:

устройства доступа к данным службы эксплуатации;

консоль оператора, интерфейс с системой TMN;

экспертная система по оптимизации отклика на изменение параметров системы, и т.п.

Эффективная система эксплуатации мультисервисной сети должна учитывать ее особенности:

Использование разнородного оборудования (различных сред доставки трафика).

Наличие множества разнородных интерфейсов (передачи данных, LAN, WAN, ATM, телекоммуникационные интерфейсы, системы управления и диагностики).

Разнородность услуг и различие требований к качеству сервисов.

Наличие подсистем адаптивной маршрутизации (географическая трассировка Call Trace).

Эти особенности требуют разделения задач контроля взаимной совместимости по оборудованию и услугам, который может быть выполнен отдельными приборами (например, универсальные анализаторы протоколов) и задач контроля эффективности работы всей сети, который осуществляется системой контроля качества.

Эффективная система эксплуатации должна содержать подсистемы, специа* лизирующиеся на поддержке той или иной среды, группы услуг, планировании регламентных работ или долгосрочном прогнозировании развития сети.

Контроль и диагностика линейных сооружений

Эксплуатация и контроль состояния линейных сооружений мультисервисной сети невозможны без непрерывной диагностики и измерений параметров работы сети. Главная задача распределенной измерительной подсистемы тестирования оптических волокон и линейно - кабел ьн ых систем —— удаленная диагностика параметров кабельной инфраструктуры. Подсистема должна обеспечивать мониторинг параметров рабочей сети без нарушения ее связности и функционирования, обнаруживать неисправности и оповещать ремонтные бригады о том, что именно и где произошло.

Основной принцип таких систем ——постоянное сравнение текущих и эталонных параметров (рефлектограмм), что позволяет прогнозировать деградацию оптического волокна и определить место появления различных аномалий в передаче данных.

С целью минимизации первоначальных и эксплутационных затрат блоки дистанционного тестирования устанавливаются в стратегических точках сети.

Блоки дистанционного тестирования состоят, применительно к оптическим кабелям, из оптических рефлектометров и переключателей, подключающих к ним отдельные волокна, а в случае медных проводов — из универсальных кабельных анализаторов, объединяющих в себе функции рефлектометра высокой точности и измерительного моста.

Сбор данных с каждого волокна/кабеля происходит 24 часа в сутки 7 дней в неделю по установленному графику тестирования. Каждая снятая реф- лектограмма сравнивается с эталоном и обрабатывается статистическими и экстраполяционными методами.

Для каждого волокна устанавливаются верхний и нижний пороги потерь. При выходе за границы порогов в рабочем режиме система автоматически посылает сигнал тревоги дежурному смены. Сигнал содержит:

дату и время возникновения неисправности;

оптическое расстояние до события;

величину потерь;

номер неисправного кабеля и волокна, и т.п.

В случае металлических проводов в узлах магистральной сети применяются универсальный анализатор кабеля, анализатор заземления и комплект кроссового оборудования для «прозвонки» пар. Локализация же места неисправности и трассировка кабеля осуществляется мобильными бригадами с помощью четырех групп приборов: трассо-поисковых, металлоискателей, течеискателей и маркероискателей.

Центральный сервер подсистемы тестирования оптических волокон сохраняет всю поступающую информацию в базе данных для дальнейшей обработки.

По такому принципу построена система дистанционного тестирования оптических волокон Fiber Visor. Ее модернизация и интеграция с системой диагностики металлических кабелей может позволить комплексно решить проблему эффективной подсистемы эксплуатации линейных сооружений мультисервисной сети.

Основные преимущества применения автоматизированной системы обслуживания:

Высокое качество обслуживания (неисправности прогнозируются и своевременно устраняются в рамках плановых, регламентных работ, а не в аварийном режиме.

Безопасность сети (постоянный мониторинг системы помогает пресечь деятельность хакеров, так как любое нелегальное подключение индуцирует потери в канале, которые туг же фиксируются системой, и происходит аварийное отключение хакера от сети).

Профилактическое обслуживание (минимизируется время незапланированных простоев, небольшие неполадки устраняются планово в рамках регламентных работ, задолго до превращения их в большие проблемы).

Эффективность работы персонала. В случае неожиданного перебоя в работе сети, профиль коэффициента затухания магистрали может быть получен прямо в центре технического обслуживания, вместе со всей необходимой для устранения неисправности информацией.

Географическая привязка кабельных трасс и использование ГИС со встроенным графическим интерфейсом (оптическая длина до аномалии легко пересчитывается в географические координаты и отображается на карте географической информационной системы).

Управление сигналами тревоги (сигналы тревоги, в зависимости от их характера, могут обрабатываться системой по разным сценариям: заноситься в базу, передаваться на пейджер, E-mail или SMS-сервер, или мобильный телефон в соответствии со списком рассылки).

Поддержка SNMP обеспечивает системе открытую архитектуру.

Модульность обеспечивает масштабируемость.

Электронная форма ведения документации на кабели с помощью мощной СУБД обеспечивает всесторонний анализ сети и планирование ее развития.

Помимо линейных сооружений оператора, служба технической поддержки может взять на обслуживание и абонентскую инфраструктуру. Сформировать клиентские профили, содержащие всю необходимую для эксплуатации и устранения неисправностей информацию (топологию сети, ее эталонные параметры, и т.п.)*

Анализ электромагнитной обстановкив сетях радиодоступа

Наиболее фундаментальным измерением для всех радиочастотных систем является спектральный анализ радиоэфира, среды доставки трафика. Радиосистемы настроены на определенный частотный диапазон, который на основании утвержденного ГКРЧ частотно-территориального плана теоретически должен быть свободен от посторонних сигналов. Появление таких посторонних сигналов в пределах частотно-территориального плана означает появление шумов в рабочем диапазоне, ухудшающих отношение сиг- нал/шум в канале и вызывающих деградацию качества предоставляемых услуг или несанкционированный доступ (вторжение) в систему, 1фажу сетевого ресурса или конфиденциальной информации.

Современные системы радиодоступа операторского класса обычно имеют встроенные средства контроля радиоканала, интегрируемые в универсальную систему управления сетью и контроля эксплуатационных параметров. Например, система А7390 компании Alcatel управляется с помощью модулей, встроенных в систему управления мультисервисной сетью А5620, и имеет специальный инструмент AMD Radio Performance tool для контроля всех радиоканалов LMDS-сети.

Сетевой терминал системы контролирует два параметра мощности: уровень сигнала на его входе, сигнал на выходе демодулятора платы промежуточной частоты базовой станции. Плата промежуточной частоты анализирует отношение сигнал/шум, получаемое от заданного радиотерминала. Другими словами, система автоподстройки мощности канала при ухудшении условий прохождения сигнала и понижении мощности на входе сетевого терминала повысит мощность выходного сигнала радиотерминала. Увеличение мощности должно скомпенсировать эти потери. Реакция происходит на каждый кадр передачи (6,375 мс).

Программное обеспечение позволяет выбирать сектор базовой станции и сетевой терминал, канал которого подлежит анализу в данный момент. Измерению подлежат:

Ошибки синхронизации (измерение параметров модуляции выражается в числе скачков фазы QPSK — мин., макс, и среднестатистическое отклонение).

Нестабильность частоты (выражается в сотнях герц ——мин., макс, и среднее отклонение).

Нелинейность в усилительных элементах (измеряются флюктуации коэффициента усиления, выражаемые в dB тремя величинами — мин., макс, и среднестатистическое отклонение).

Эти данные поступают с платы промежуточной частоты базовой станции, выдающей каждые 1,632 с управляющие воздействия сетевому терминалу. Для каждого сетевого терминала устанавливается верхняя и нижняя границы потерь, обеспечивающие гарантию качества предоставляемых услуг.

Со стороны базовой станции анализируется качество восходящего канала (от абонента к базовой станции) выражаемое: в количестве безошибочно принятых тайм-слотов, числе исправленных с помощью кода Рида Соломона тайм-слотов и числе ошибочных тайм-слотов, которые не удалось исправить на приемном конце (на базовой станции).

Результаты измерений протоколируются в специальных файлах, имя которых содержит имя/адрес платы промежуточной частоты, дату и время проведения измерений. Анализ полученных данных позволяет своевременно выявлять малейшие неполадки в системе радиосвязи, прогнозировать отказы и планировать необходимые регламентные работы.

Помимо упомянутых измерений в радиосистемах контролируются вероятность межсимвольной интерференции, которая требует анализа фильтров ПЧ и РЧ, и уровень ухудшения качества связи, которые вызваны фазовыми шумами передающего тракта и тепловым шумом приемника.

2.1.3. Анализ неисправностей

|Жмалмз неисправностей производится подсистемой эффективной системы авхплуатации. Она анализирует общую базу данных о состоянии сети и выделяющей наиболее важные события, сигналы о неисправностях и слу- 'чшм превышения заданных порогов основными параметрами работы муль- жисервисной сети. По результатам анализа статистической информации, шюлучаемой от стационарных, мобильных и портативных устройств, под- осгема должна вести журнал событий, сохраняемых в базе данных.

Сбор статистики отказов и анализ времени их устранения являются объективной оценкой эффективной деятельности службы технической поддержки. Статистика отказов обеспечивает:■

планирование необходимого объема ЗИП;

текущих закупок комплектующих и расходных материалов;

минимизацию необходимой численности высококвалифицирсжанных специалистов и оптимизацию фонда заработной платы подразделения;

оптимизирует состав необходимого стационарного, мобильного и портативного измерительного оборудования;

выявляет недостаточность ресурсов в узлах мультисервисной сети и необходимость ее модернизации.

Выделение из случайных флуктуаций параметров работы мультисервисной сети устойчивых трендов изменения контролируемых параметров, позволяет выявлять старение блоков электроники на ранних стадиях возникновения неполадок. Это позволяет запланировать регламентные работы, не дожидаясь выхода контролируемых параметров работы за верхние или нижние границы, гарантии качества канала. Планирование регламентных работ повышает качество обслуживания абонентов и, в конечном итоге, гарантирует безотказность работы мультисервисной сети и минимизирует объем сетевых ресурсов подлежащего 100% резервированию по схеме 1 + 1. Именно эти тенденции эволюции эффективных систем эксплуатации, обусловили популярное в последнее время резервирование по схеме N+1, более дешевое, но достаточное для проведения регламентных работ.

Анализ отказов распространяется не только на пассивное и активное оборудование мультисервисной сети, но и на контролируемые параметры автоматизированной системы жизнеобеспечения, которая не менее важна для работы мультисервисной сети.

Анализ качества услуг

Подсистема анализа качества услуг собирает данные о работе системы Quality of Service (QoS) мультисервисной сети, гарантирующей предоставление услуг с заданным качеством, и доставку порождаемого ими трафика

из конца в конец сети. В зависимости от требований и параметров услуги, устанавливаются допустимые пороги тех или иных контролируемых параметров реальных или виртуальных каналов, прокладываемых из конца в конец мультисервисной сети.

Например, предоставление услуг потокового видео, и, в частности, услуг VoD, требует формирования абонентских виртуальных каналов с гарантированной девиацией времени задержки трафика или с постоянной скоростью его доставки.

Анализ качества предоставляемых услуг позволяет:

выработать рекомендации по развитию и модернизации распределенных систем агрегирования услуг;

модернизации узлов мультисервисной сети;

балансировке нагрузки в узлах сети с учетом реально достижимой производительности локальных устройств агрегирования доступа.

Целесообразность распределенной системы агрегирования услуг мультисервисной сети обусловлена тем, что централизация ресурсоемких услуг, требующих выполнения максимально достижимых требований по вводу/выводу или процессингу, далеко не всегда снижает стоимость владения ресурсом. Аналогия с эффективностью агрегирования устройств хранения данных оказывается, применительно к приложениям мультисервисной сети, неправомерной.

Вынос части процессов, обеспечивающих предоставление услуг, в пограничный сервер соответствующего приложения может оказаться целесообразным в следующих случаях:

Невозможность обеспечить механизмами QoS значения времени задержки пакетов и джиггера, гарантирующих заданное качество медиауслуг (пограничный сервер буферизирует трафик, создавая очереди пакетов с соответствующими приоритетами).

Перегрузка магистральной сети при пиковых нагрузках требует от приложений реального времени, прежде всего, вещающих контент, транспортировки трафика в режиме квазиреального времени (память пограничного сервера приложения буферизирует информационные потоки, позволяя за счет рандомизации и загрубения параметров качества транспортировки трафика по магистральной сети, сбалансировать нагрузку).

Вычислительная мощность и производительность системы ввода/вы- вода сервера, обслуживающего соответствующее приложение, недостаточны, а процессы обработки легко распараллеливаются.

Структурирование качества предоставляемых услуг формирует группы потребителей и определяет их долю в общем объеме подписчиков, а также доходность различных типов услуг с различным качеством. Помимо этого, при этом удается определить точки мультисервисной сети, где необходима буферизация и подкачка трафика.

Ш«1 оставление себестоимости предлагаемых услуг с реальным и прогнози- рюмым объемом их потребления позволяет оператору: определить приори- МЕгяые направления развития типов и номенклатуры услуг. Помимо этого, bi основе этого анализа оператор может сформировать планы разработки ■ внедрения новых видов услуг, в том числе и иерархической архитектуры.

Задание и анализ BER

Подсистема анализа BER ориентирована на проведение измерений по ре- 1»омендациям G.821/G.826 по всей мультисервисной сети. Система позво- тет адаптировать топологию сети к гипотетической модели мультисервис- »юй сети с учетом потребности в виртуальных каналах различной шропускной способности и качества. В результате формируются определение сценарии проведения измерений по рекомендациям G.821/G.826 для каждого элемента мониторинга. Виртуальная топология мультисервисной сети структурирует комбинированный (речь/данные) трафик различных приоритетов и《окраски» в каждой точке модели физической сети.

Адаптация к гипотетической модели к физическим возможностям мультисервисной сети дает пороги контролируемых параметров для всех блоков дастанционного измерения. Результаты измерений сопоставляются с порогами и заносятся в журнал событий, который ведет подсистема анализа неисправностей.

Система производственных илабораторных измерений

Подсистема производственных и лабораторных испытаний образует территориально-распределенный лабораторный комплекс. Этот комплекс проводит серийные производственные тесты и циклично измеряющий основные параметры функционирования мультисервисной сети или определенных ее подсистем и элементов. Подсистема позволяет гибко и эффективно формировать сценарии таких измерений.

Проведение всех измерений целесообразно выделить в отдельную подсистему, которая обеспечит контроль параметров каналов из конца в конец мультисервисной сети независимо от среды доставки на отдельных ее участках. Такая организация позволяет, в случае несоответствия параметров «прозрачности» канала установленным интегральным параметрам контроля качества, гарантирующим предоставление всего заказанного спектра услуг по контролируемому каналу мультисервисной сети, проводить пошаговое тестирование во всех точках измерения параметров, независимо от среды доставки, и локализовывать неисправность с помощью поэлементного анализа. Приведение измерений по динамически формируемым комплексным сценариям тестирования существенно сокращает время обнаружения неисправности, ее локализации и устранения.

Членение этой подсистемы на отдельные подразделения в рамках специализированных служб эксплуатации по типу среды доставки трафика нецелесообразно. Такая структура порождает:

размежевание персонала, обеспечивающего функционирование соответствующих подсетей мультисервисной сети;

непонимание им специфики работы смежного подразделения;

дополнительные сложности по сопряжению различных сред доставки трафика.

В конечном итоге, у оператора может не оказаться единой службы эксплуатации мультисервисной сети с общим руководством. Это существенно затрудняет контроль параметров работы мультисервисной сети и предоставление гарантий качества для всего спектра услуг мультисервисной сети.

Маркетинговые исследованияв мультисервисной сети

Каким образом цена/тариф услуги зависит от характеристик спроса и предложения? Как они меняются во времени и как зависят от общей экономической активности, от издержек эксплуатации с учетом фондов заработной платы и т.п.? Вот неполный перечень вопросов, на которые должна отвечать служба маркетинга оператора мультисервисной сети при выработке тарифов на различные виды предоставляемых услуг.

Рис. 1. Точки равновесия спроса и предложения и их взаимозависимостьРис. 1. Точки равновесия спроса и предложения и их взаимозависимостьФ5хфхо§фас\ооасоФ5хфхо§фас\ооасо

Рис. 1. Точки равновесия спроса и предложения и их взаимозависимость

Рис. 1. Точки равновесия спроса и предложения и их взаимозависимость

Ф5хфхо§фас\ооасо

Ф5хфхо§фас\ооасо

Как известно, для описания рыночных механизмов уже давно используются графики предложения и спроса^ на основе которых и устанавливается рыночная цена на ту или иную услугу.

[Йфивая предложения отображает объем услуг и цену, по которой операто- I ры способны предоставить ту или иную услугу. Эта кривая поднимается 1&верх, так как чем больше цена, тем больше операторов, способных пред- ；Жзжить такую услугу.

Кривая спроса показывает, какое количество услуг абоненты готовы потреб- лпггь и по какой цене. Очевидно, что кривая идет вниз, потому что або- Ляент предпочитает потреблять больше, если цена ниже.

Эти кривые пересекаются в точке равновесия спроса и предложения. Однако, несмотря на общую тенденцию рынка к равновесию, эта точка редко постижима из-за:

конкурентной борьбы;

появления сопутствующих услуг;

появление услуг иного качества по более льготным ценам.

Спрос на услугу зависит как от бюджета абонентов, так и от уровня издержек оператора и реальных возможностей его сетевой инфраструктуры. В целом оба показателя (объем услуг и тариф на них) изменяются в зависимости от сдвигов кривых спроса и предложения, а также от изменения формы этих кривых. Для описания этих сложных зависимостей используется величина, называемая эластичностью.

Эластичность — это мера реагирования g而◎力 переменной величины на изменение другой (математически, такая зависимость является производной от функции спроса). Она может быть определена в любой точке кривой (точечная эластичность) или статистически усреднена для какого-то отрезка кривой (дуговая эластичность). Эластичность спроса от тарифа на услугу обычно отрицательная величина, меняющаяся по мере движения вниз по кривой спроса. Чем ьфуче наклон кривой, тем меньше эластичность спроса.

Et ~ '

где q — объем спроса на услугу, a F — тариф на нее.

Помимо этого, для формирования пакетов услуг и структурирования тарифов необходимо применять еще и перекрестную эластичность, то есть зависимость спроса на одну услугу от тарифа на другую, влияющую на норму замещения.

二 8qj 7京

Различают кратковременную и долгосрочную эластичность, так как все рассматриваемые зависимости являются функциями времени. Различие временных масштабов рыночных механизмов ифают существенную роль в:

формировании бизнес-планов;

определении экономической эффективности тех или иных маркетинговых действий;

вычислении точки безубыточности новых проектов;

определении сроков окупаемости инвестиций на модернизацию сетевой инфраструктуры.

Широкий спектр услуг, предоставляемых в мультисервисных сетях, обуславливает появление потребительских предпочтений, формирующих стандартные пакеты предложений с определенной номенклатурой услуг. Сравнение индивидуальных предпочтений отдельных абонентов позволяют анализировать совокупность потребительских предпочтений, группировать потребителей по этому критерию и формировать пакетные предложения для них, а также строить кривые потребительского безразличия. Кривая безразличия представляет собой совокупность потребительских наборов услуг, которые обеспечивают одинаковый уровень удовлетворен и я потребностей.

N х^>^0> азхо^юфаьоЕ 2ОЙОN х^>^0> азхо^юфаьоЕ 2ОЙО

N х^>^0> азхо^юфаьоЕ 2ОЙО

N х^>^0> азхо^юфаьоЕ 2ОЙО

Рис, 2. Кривая безразличия выбора между двумя видами услуг

Люди идут на компромиссы, когда делают выбор между двумя, тремя или большим числом услуг. Кривые безразличия могут помочь прояснить такие компромиссы. Большинство потребителей получают все меньше и меньше удовлетворения по мере，потребления все большего и большего количества любой услуги. В целом объем дополнительных потребностей, которые потребитель удовлетворяет при большем потреблении определенной услуги, снижается, когда общий объем потребления растет. Поэтому кривые безразличия имеют выпуклую форму (вогнутую вовнутрь), так как потребитель предпочитает сбалансированный пакет/набор услуг набору, который содержит только одну услугу.

Для количественной оценки объема некоторой услуги, которой абонент готов пожертвовать ради другой услуги, используется величина, называемая «предельной нормой замещения». Удовлетворение потребностей максимизируется, когда предельная норма замещения оказывается равна соотношению тарифов на сравниваемые услуги.

итоге можно сделать следующие выводы применительно к информаци- |нжым объектам и потокам, необходимым для работы службы маркетинга:

абоненты ведут себя рационально в попытке максимизировать удовлетворение своих потребностей;

при анализе потребительского выбора необходимо рассматривать потребительские предпочтения и бюджетную линию, которая ограничивает выбор абонента;

кривые безразличия, представляющие все сочетания различных услуг, которые обеспечивают одинаковый уровень удовлетворения потребностей, имеют наклон вниз и не могут пересекаться друг с другом;

потребительские предпочтения могут быть полностью определены совокупностью кривых или картой безразличия;

предельная норма замещения снижается по мере движения вниз вдоль кривой безразличия;

максимизация полезности может иногда быть достигнута при «угловом» решении, когда одна из услуг не потребляется и предельная норма замещения не равна соотношению тарифов на услуги;

при анализе выбора в условиях риска или проводятся сравнения между отдельными группами абонентов, мохуг быть важны количественные свойства полезности услуг.

Таким образом, маркетинг оператора мультисервисной сети строится на основе анализа статистических данных, получаемых в результате обработки данных, со&<раемых в узлах агрегирования услуг и на серверах приложений. Появление широкого спектра услуг в мультисервисных сетях ведет к необходимости комплексных исследований рынка телекоммуникационных услуг, так как в условиях ограниченной платежеспособности абонентов деформируется реальная потребность в тех или иных услугах, а также взаимная корреляция их потребления.

Кластерный анализ позволяет сгруппировать абонентов: по характеру их телекоммуникационной активности с учетом специфики их деятельности и информационного обмена. Он позволяет эффективно планировать внедрение новых видов услуг и расширения номенклатуры услуг, входящих в различные пакетные предложения, а также гибко реагировать тарифной политикой на изменения объемов потребления услуг мультисервисной сети.

Планирование развитиямультисервисной сети

Планирование развития любой телекоммуникационной сети опирается на план маркетинга и бизнес модель ее функционирования. Маркетинговые исследования помогают определить наиболее доходные виды услуг и про-

гнозироватъ сроки их актуальности, что и определяет приоритетные направления развития сети.

Перспективные виды услуг, определенные планом маркетинга, и прогноз объемов их реализации определяют тип и характер трафика, генерируемого ими. Доверительный интервал колебаний нагрузки в сети, прогнозируемый с учетом внедрения новых видов услуг, определяет:

требования по необходимой и достаточной пропускной способности во всех точках мультисервисной сети;

структуру трафика;

требования по качеству каналов, обеспечивающих доставку информационных потоков.

Подсистема анализа долговременной статистики представляет собой самообучающуюся экспертную систему, специально разработанную для долговременных прогнозов развития сети по параметрам и направлениям. На основе анализа статистики измерений тех или иных параметров, статистики отказов и качества предоставляемых услуг подсистема позволяет:

построить многомерные модели с медленно меняющимися параметрами случайных процессов в мультисервисной сети;

выделить устойчивые тренды эволюции скользящего среднего контролируемых параметров и соотнести их с реальными физическими процессами в мультисервисной сети;

сделать экстраполяцию поведения сети в будущем и проанализировать различные сценарии развития спектра предоставляемых услуг совместно с комплексом необходимой модернизации телекоммуникационной инфраструктуры мультисервисной сети.

Моделирование мультисервисной сети в соответствии с различными сценариями ее развития и прогнозирование динамики роста трафика, а также его пиковатости дает возможность оператору:

оценить затратную часть, необходимую на все этапы модернизации сетевой инфраструктуры и каждый из них в отдельности;

оптимизировать свою деятельность в соответствии с критериями: максимум доходности, максимальный захват рынка или по иному критерию эффективности деятельности оператора мультисервисной сети. Выбор критерия эффективности зависит от задач компании и сроков их решения;

принимать решения по приоритетам и этапам модернизации мультисервисной сети в целом, отдельных подсетей или отдельных ее участков, соответствующие выработанному плану маркетинга и темпам внедрения новых видов услуг.

Главная задача отдела перспективного развития мульти сервисной сети — это выработка долгосрочной технической политики, отвечающей требованиям, характерным для деятельности оператора мультисервисной сети, которые отражены в первой части монографии в разделе 2.1.

При проектировании узлов агрегирования услуг мультисервисной сети ключевыми параметрами являются: производительность ввода/вывода и масштабируемость соответствующего сервера приложений. Наиболее критичными к этим параметрам являются услуги потокового видео, которые приобретают все большую популярность по мере развития интерактивных ТВ или видеоприложений. Современные видеосерверы масштабируются от нескольких десятков независимых видеопотоков до нескольких тысяч высококачественных (3...6 Мбит/с MPEG-2) цифровых ввдеопотоков на каждый узел агрегирования услуг.

Проектирование кабельной инфраструктуры наиболее критично к техническому запасу по пропускной способности. При построении распределенной системы масштаба города для предоставления той или иной информационной услуги, серверы, реализующие данную услугу, должны быть выделены в отдельную подсеть сетевых приложений, которая имеет общее информационное хранилище, построенное, в целях дополнительной безопасности, по технологии SAN.

Подобная архитектура может потребовать отдельные оптические пары или, в случае применения систем оптического частотного уплотнения WDM, отдельную частоту несущей 1 для построения служебной сервисной инфраструктуры.

Необходимое число узлов агрегирования услуг определяется целесообразностью локальной репликации контента оперативного доступа. Помимо этого на число узлов влияет стоимость предоставления информационного потока, соответствующего данной услуге, в пределах масштабирования сервера с учетом генерируемого им трафика и порождаемой нагрузки во всех точках мультисервисной сети.

Адресная рекламав мультисервисных сетях

Рекламный бизнес в мультисервисной сети приобретает принципиально новое качество, достижимое только в сетях с одной точкой регистрации, идентификации, аутентификации и доступа абонентов к информационным услугам.

Заключение оператором мультисервисной сети договора на обслуживание абонента* порождает необходимость хранения информации о:

наборе услуг, предоставляемых данному абоненту;

гарантированном лимите потребления по каждой из них;

субструктуре абонента (например: индивидуальный профиль для каждого из членов семьи абонента или субсчета, структурирующие общий счет);

необходимых клиентских настройках канала, сессии доступа к информационным ресурсам, и т.п.

Совокупность данных об абоненте, хранимая в клиентской базе, называется клиентским профилем, который, помимо вышеперечисленных данных может содержать и информацию о клиентских предпочтениях, о предустановках доступа к информационным ресурсам, о сценариях взаимодействия с информационными ресурсами и контентохранилищами. Эта информация позволяет структурировать абонентскую базу и сгруппировать ее по типам пакетов потребления, соответствующим определенным видам деятельности абонентов.

Статистическая обработка клиентских профилей и журналов, протоколирующих посещения клиентом различных Web-страниц в интересах службы маркетинга дает исходные данные для прогнозирования объемов потребления и спроса на те или иные услуги мультисервисной сети. Для прогнозирования объемов потребления службе маркетинга приходится также формировать различные психотипы клиентской базы и потребительские предпочтениях абонентов.

Психологические портреты абонентских групп определяют заинтересованность в потреблении по любым, не обязательно относящимся к телекоммуникационным услугам, группам товаров и услуг. Наличие структурированной абонентской базы позволяет оператору мультисервисной сети получить мощную статью дохода от услуг размещения и распространения рекламной информации с учетом психологического портрета клиента, так называемая «адресная реклама».

Рекламные акции могут быть дифференцированы не только по интересам абонентской базы (например, мужчинам не может быть интересна реклама гигиенических прокладок, информация о рыболовном инвентаре, скорее всего, заинтересует любителей рыбалки, и будет раздражать любителей экстремальных видов спорта). Рекламный материал может доставляться по различным конвергирующим средам мультисервисной сети и воспроизводиться любыми терминалами с учетом психологии восприятия абонентов при потреблении той или иной услуги мультисервисной сети.

Управление рекламными роликами (аудио/видео или флэш-анимация), баннерными показами или адресной почтовой рассылкой должно осуществляться автоматически. Как только рекламная акция спланирована заказчиком, весь рекламный материал поступает на сервер рекламной сети, группирующий его по структуре, средам доставки и формам отображения на терминалах абонентов. Затем, рекламные материалы воспроизводятся в специально зарезервированных местах на экране терминала абонента или в определенных time-slots (временных интервалах), предусмотренных в струк-

i|nfoe информационного потока услуги. Этот процесс осуществляется в со- 10гэетствни с клиентскими профилями и в контекстуальной зависимости от Цвлйпа потребляемой в данный момент абонентом услуг.

恤омимо этого, возможно применение интерактивной рекламы контексту- Йеьного типа. Например, при показе спортивного матча в записи или ху- ВЕжественного фильма, рекламируемый товар, присутствующий на экране 删 контексте сюжета (обувь, спортивное снаряжение, сервиз или мебель той 1В1ГИ иной фирмы), может быть контекстуально связан с URL сайта произ- цкзлящей его фирмы. При наведении курсора на данный предмет по клику абонент, не прерывая просмотр видеоматериала, может получить любую шформацию о данной продукции и условиям ее приобретения.

Оператор может получать доход не только от адресной доставки реклам- 11шх материалов, но и за счет отключения рекламных вставок в информационных потоках абонента. В этом случае абонент должен будет специально оговорить данную опцию и скомпенсировать оператору упущенную выгоду от его деятельности по распространению рекламы.

Биллинг мультисервисных сетей

Характерной особенностью мультисервисных сетей является широкая номен- иатура услуг и тарифных планов, а также различных вариантов типовых наборов услуг. Эти особенности трафика обуславливают его «окраску», необхо- химость его структуризации по виду услуги и действующему на нее тарифу.

Тарификации может подвергаться:

Время занятия сетевого ресурса (характерно для сетей с коммутацией каналов или симметричных online услуг, таких как речевая связь или видеотелефония).

Объем доставленной абоненту информации (характерно для сетей пакетной коммутации).

Сам факт/событие предоставления услуги (характерно для аренды физических или виртуальных каналов или информационных услуг, таких как справочно-информационные службы, прослушивание потокового аудио или просмотр видеоматериалов).

Главная задача биллинговой системы — это документирование процесса предоставления услуг для каждого из абонентов, выписка счетов и, в случае необходимости, детализация расчетов по каждому событию запроса абонента на ту или иную услугу. Следует отметить, что биллинговая система, в отличие от бухгалтерии оператора мультисервисной сети, не может ограничиваться интегральной отчетностью о движении денежных средств и взаиморасчетах с контрагентами. Структура потребляемых абонентом услуг лишь идеологически аналогична плану счетов предприятия. Она требует деталь-

ной аналитики в случае возникновения конфликтной ситуации во взаимоотношениях с абонентом.

Абонентский профиль биллинговой системы должен содержать полный журнал учета присутствия абонента в мультисервисной сети, его информационной активности и потребления любых услуг мультисервисной сети. Обработка данного журнала должна позволить структурировать эту информацию и отобразить ее абоненту в наглядной и понятной форме. При этом отображение может быть в режиме online, напрнмер, через Web-интерфейс. Такая форма обслуживания обычно практикуется в различных системах предоплаты услуг. В случае документирования взаиморасчетов отчет формируется в виде платежного документа в печатной форме, доставляемого абоненту по почте (обычно практикуется при оплате по факту отпуска абоненту той или иной услуги). Биллинговая информация, несмотря на интегральную форму отображения объемов потребления, должна сохранять по каждому акту тарификации все необходимые параметры (например, схема авторизации, дата и время сессии, какая именно информация была запрошена, и т.п.).

Существует более сотни сертифицированных систем биллинга для операторов различных сетей. В качестве примера могут быть упомянуты:

Информационно-Биллинговая Система «Петер-Сервис» (Петер-Сервис BIS);

Автоматизированная Система Расчетов «Билл-Мастер» компании INLINE Technologies;

Биллинговая система Абсолют компании БЕЛСЕЛ;

Система Операционного Обеспечения Бизнеса Связи CBOSS;

«BG-биллинг» — универсальная биллинговая система компании BiTEL Group;

Универсальная автоматизированная система расчетов и управления ресурсами ONYMA компании Stack Group;

ALMA Vision Billing Solution компании Alcatel для сетей передачи данных;

А8900 BSCS компании Alcatel, и т.н.

Стратегически биллинговые системы могут быть построены по двум принципам: либо учитывай» тарифицируемый трафик на порте абонента в точке передачи ответственности за доставку контента, либо на уровне соответствующего сервера приложения, отвечающего за предоставление услуги и учет ее потребления.

Первое решение удобно в случае неструктурированного трафика с единым тарифом или в случае различия тарифов по семени суток. Для учета трафика такого рода используется дистанционный опрос абонентских окончаний (на- прммер, по Net Flow) и аккумулирование его в коллекторе статистики д ля дальнейшей тарификации^ Журнал, кшърйй ведек* по соответствующему або-

! увентскому порту пограничное устройство мультисервисной сети, содержит :информацию об адресе получателя и отправителя пакета информации. Это позволяет структурировать трафик по виду услуг того или иного сетевого при- ложенмя, но требует специального разбора записей по типу источника и при- всаит к дополнительным накладным расходам по восстановлению информа- ；иим, утраченной в процессе обслуживания абонента.

второе решение удобно в случае использования абонентских, реальных или виртуальных каналов с гарантированным качеством доставки трафика, так как при этом не возникает спорных ситуаций во взаиморасчетах, когда объем отправленной информации существенно больше объема доставки (часть отправлений по дороге потеряны из-за переполнения очередей и т.п.). При этом структурирование трафика идет не апостериорно, по факту предоставления услуги, а априорно, по факту обращения к тому или иному сетевому или информационному ресурсу. Пропадают накладные расходы, связанные с необходимостью окрашивания обезличенного трафика. Достаточно лишь опросить все сервера приложений, обработать их журналы и аккумулировать объем потребленной конкретным абонентом услуги, предоставленной соответствующим сервером, на детализированном счете абонента с учетом установленного тарифа.

Это решение эффективно применяется при:

тарификации междугородных и международных звонков;

при получении платной справочной информации;

использовании услуг VoIP, и т.п.

Именно такой подход представляется наиболее эффективным при постро- енйи биллинговой системы мультисервисной сети, сочетающей в себе множество различных сервисных узлов, каждый из которых имеет множество тарифных планов по широкому спектру услуг данного типа.

Комбинированное решение на базе LFAP-протоком^ аппаратно реализованного в устройствах компании RiverStone, является комбинированным подходом, позволяющим сочетать оба решения. С его помощью удается «окрасить» и структурировать трафик каждого абонента по следующим информационным полям:

.IP-адрес отправителя/получателя.

Отправитель/получатель данного типа приложения.

Порт отправителя/получателя.

Порт входа/выхода для виртуального канала.

Тип сервиса (DSCP).

Используемый протокол.

Суммарный объем трафика в байтах

.Суммарный объем трафика в пакетах.

Суммарный объем трафика по времени загрузки канала.

Выход из интерфейса ATM-шлюза.

Выход из интерфейса FR-шлюза.

IP-адрес следующего скачка.

Управляющие биты ТСР-протокола.

Следующее направление приложения.

Сетевая маска адреса отправителя/получателя.

BGP класс отправителя/получателя.

Индекс трафика (специфично только для RiverStone).

Идентификатор VLAN ID.

Приоритет VLAN.

Виртуальный адрес отправителя/получателя (для функций NAT/LSNAT).

MPLS (TBD).

Столь полная информация о трафике в сети позволяет построить любую систему биллинга и удовлетворить самые сложные требования учета предоставления мультисервисных услуг в среде Ethernet. Но, несмотря на это, объем необходимого процессинга в комбинированном решении биллинговой системы остается существенно больше, чем априорное структурирование трафика по сетевым и информационным приложениям.

Специфика службы безопасностиоператора мультисервисной сети

Большая номенклатура услуг мультисервисной сета, открывает массу возможностей для злоумышленников, так как любой алгоритм доступа к той или иной услуге может стать объектом мошенничества. Алгоритмы, реализующие доступ к той или иной услуге мультисервисной сети, требуют привлечения интеллекта, то есть специальных программ, формализующих алгоритмы доступа и реализующих их автоматически по определенным абонентским предустановкам. Компьютерная платформа, реализующая алгоритмы доступа к услугам легко интегрируется в информационную систему оператора сети, что позволяет аккумулировать всю необходимую информацию о предоставляемых услугах.

Детализация каждой транзакции предоставления услуги в мультисервисной сети позволяет анализировать эту информацию с помощью пяти принципиальных механизмов:

Rule-Based Alarm Engine — механизм подачи сигналов о несанкционированном доступе на основе анализа правил предоставления услуги (контроль выхода за пороговые значения набора параметров, определяющих потенциальные случаи мошенничества, выявляет нештатное использование разрешенных алгоритмов доступа).

Call Query — обработка записей о предоставлении услуг и выявление событий по определенному набору критериев (запросы по вызовам позволяют оператору расследовать вызовы, в которых за определенный промежуток времени были замечены сочетания ряда индикаторов мошенничества, анализировать двойные сигналы тревоги, вьщснять сколько SIM-карт использовалось одним и тем же терминалом за определенный период или сколько терминалов использовало одну и ту же карту, то есть выявлять любые аномалии в потреблении услуг).

Usage Variation — выявление изменений в поведении абонента на основе анализа пользовательского профиля и статистики потребления им различных услуг (например, резкое повышение объема потребления может свидетельствовать о присутствии хакера), выявляются действия не свойственные данному пользователю с учетом эволюции его привычек и потребления в правдоподобных рамках за счет ежедневной коррекции профиля.

Velocity Checking — проверка скорости обмена трафиком позволяет выявить географическое несоответствие. Например, два вызова поступают один за другим от одного и того же абонента из узлов территориально разнесенных таким образом, что абонент физически не может с учетом скоростей как наземного, так и воздушного транспорта, переместиться за интервал между вызовами из одной точки в другую. Другой пример характерен для кражи контента при подмене адреса абонента адресом удаленного сервера информационного приложения. Скорость доставки трафика через абонентское окончание не соответствует скоростям обмена трафиком между серверами сетевых или информационных приложений распределенной системы предоставления соответствующей услуги мультисервисной сети.

Subscriber Fingerprinting ——система выявления мошенничества при подписке. Она основана на анализе привычек/«почерка> пользователя с помощью сравнения профиля вновь зарегистрированного абонента с профилями выявленных хакеров, корреляции их запросов и маршрутов в сети. Мошенники могут называться любыми именами, но, по- прежнему, будут контактировать со своими корреспондентами и информационными ресурсами мультисервисной сети. Этот метод выявляет злоумышленников, которые, используя метод оплаты по факту предоставления услуг, многократно регистрируются в сети под разными именами, не оплачивая выставляемые им счета.

Как видим в основе работы службы безопасности мультисервисной сети, так же как и во всех других подразделениях оператора, лежит анализ клиентского профиля не только по каждому из абонентов мультисервисной сети, но и по каждому пользователю корпоративной сети оператора.

Для оценки работы системы защиты от мошенничества необходимо предусмотреть подсистему расчета эффективности. Эффективность определяется объемом упущенной выгоды или потенциальных убытков, которые

понес бы оператор при несвоещ)еменном выявлении мошенничества службой защиты от мошенничества.

Примерами систем такого рода могут служить:

ALMA Vision FMS компании Alcatel, обеспечивающая защиту от мошенничества в сетях фиксированной и мобильной речевой связи.

FraudBuster, система обнаружения фактов мошенничества и формирования профиля абонента предназначена для обнаружения и борьбы, в том числе и с новыми видами мошенничества.

Signature Fraud Management System (Signature FMS) производства компании Lucent Technok^ies используется операторами, как проводной, так и беспроводной связи： Система способна динамически в реальном времени оценивать отклонения в поведении абонентов с целью обнаружения действий, характерных для злоумышленников.

iSecure Pro компании Simplex.

RealSecure Networic Sensor (версия 7.0) и RealSecure Guard компании Internet Security Systems, Inc. Построенные на передовой технологии обнаружения атак, эти продукты обладают новыми возможностями, позволяющими успешно справляться с постоянно возрастающим числом и спектром атак, используя новые технологии высокоскоростного обнаружения, расширенного анализа протоколов и активного блокирования. Программа включает комбинацию технологий обнаружения аномального поведения, алгоритма интеллектуального анализа протоколов, а также механизма обнаружения несанкционированных действий на базе сигнатур и шаблонов.

Рис. 3. Пример автоматизированной системы защиты от мошенничества

понес бы оператор прн нссвоев] бой зашиты от мошенничества

Примерами анстсм такого родз могут служить:

АЬМА Vision FMS компании Alcatel, обеспечивающая защиту от мо- шенвичествв в сетях фиксированной и мобильной р"чеяо« связи

FraudBuster, системе обнаружения фхктов мошенничества и формиро- нанвн орофиля абоненте предиашвчена для обнвруженив и борьбы, в

Signatm Fraud Машфишт System (Signature FMS) ироизаолства компании Lucent Technologies используется операторами, как проводной, так и беспроводной связи. Система способна динамически в реальном времени оценивать отклонения в поведении абонентов с целью ебна- ружеяия действий, характерных для элозжышленкиков.

♦ iSecure Pro компании Sunplex

Internet Security Systems, |i

обнаружения атак* эти првоткты обалааюг новыми возможностями, позволяющими успешно спрдплягься с постоянно возрастающим числом и спектром атак, используя новые технологии нысоюскоростного обнаружения, расширенного анализа протоколов и актианого блокирования Программа включает комбииацию технологий обнаружения аномального поведения, алгоритма иятеллсмуального анализа прото-

колов, а также мехашииа обнаруже ствий на базе сигнатур и шаблонов.

На рис. 3 представлена формальная схема автоматизированной системы защиты от мошенничества и информационной безопасности оператора мультисервисной сети. Информация о потреблении предоставляемых услуг может поступать от речевых коммутаторов по протоколу ОКС7, от узлов сети передачи данных (например, по протоколу LFAP или иным способом) независимо от среды доставки используемой ими, в том числе и от устройств, нуждающихся для этого в специальном посреднике, а также от серверов сетевых и информационных приложений, объединяемых в свою выделенную сеть. Вся поступающая информация аккумулируется в центре данных оператора мультисервисной сети, обрабатывается в интересах службы безопасности на соответствующем сервере, а результаты этой обработки отображаются на рабочих местах службы безопасности.

Разграничение полномочий доступа требует выделения автоматизированной системы защиты от мошенничества из корпоративной сети оператора мультисервисной сети в отдельную, специальным образом защищенную, виртуальную сеть.

КОНТАКТ-ЦЕНТРЫ

И АБОНЕНТСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ

Договорные отношения с абонентами обуславливают появление в административной структуре оператора абонентского отдела и центров абонентское го обслуживания. Через эти службы осуществляется взаимодействие с абонентами: прием рекламаций на предоставленные услуги, заявок на подключение к мультисервисной сети или на дополнительное обслужива* ние, а также разрешение всех конфликтных ситуаций по качеству услуг и взаиморасчетам.

Взаимодействие с абонентами, за исключением момента заключения договора, далеко не всегда нуждается в непосредственном контакте с ними в соответствующем помещении и со специально' обученным персоналом, Кон* такт с абонентами может быть установлен с помощью любой телекоммуникационной среды. Во многих случаях он может быть формализован и авто* матизирован до уровня интерактивного самообслуживания абонентов, за счет привнесения интеллекта в телекоммуникационную инфраструктуру.

Скорость реакции на запрос и удобство взаимодействия абонента мульти- сервисной сети с оператором являются, своего рода, визитной карточкой фирмы. Можно сказать, что это ее лицо, по которому судят о привлекательности услуг компании. Поэтому построение системы абонентского обслуживания должно опираться не только на техническую составляющую или на высококвалифицированный персонал, но, для обеспечения дружественного интерфейса взаимодействия, на психологию восприятия и привычки абонента.

Обслуживание абонентов речевых услуг

Центры абонентского обслуживания речевых сетей начали появляться с появлением телефонии. Сегодня эта служба оператора хорошо налажена и представляет собой конгломерат специализированной информационно-справочной службы (типа 09 или 050), службы технической поддержки, договорной группы и службы биллинга.

Система распределения вызовови речевой навигации

Обслуживание большого количества абонентов требует формирования очередей запросов, их структурирования и распараллеливания их обработки. Все эти задачи решает система речевой навигации. Она обеспечивает предварительную структуризацию запроса с помощью самого абонента в интерактивном режиме с иерархической структурой точек принятия решений (выбора направления движения по дереву целей). Именно система речевой навигации (подсказок) позволяет в автоматическом режиме структурировать запросы и организовать очередность их обработки.

Однако нельзя злоупотреблять терпением абонента. Поэтому число точек принятия решения или ветвления по дереву целей не может превосходить трех узлов. А время ожидания реакции системы на запрос желательно ограничить 30 секундами или 1 минутой. С этой целью, для минимизации времени ожидания абонента в очереди запросов, применяется метод распараллеливания их обработки с помощью системы распределения вызовов. Задача системы распределения вызовов — определить свободного в данный момент оператора, готового обслужить запрос абонента.

Автоматизированные рабочие” места операторов системы абонентского обслуживания должны обеспечивать связь с клиентскими профилями и их проекциями для служб:

технической поддержки, чтобы принять рекламацию услуги или заявку на устранение неисправности, а также для уточнения информации о клиенте, содержащейся в его профиле и необходимой для эффективной обработки запроса;

информационно-справочного обслуживания и консалтинга. Проекция клиентского профиля позволяет оперативно получить любую информацию, связанную с условиями и правилами предоставления услуг, действующими тарифными планами, а также уточнить состояние мультисервисной сети в обсуждаемой точке в заданный момент (например, график проведения регламентных работ на сети или текущие аварийные ситуации, и т.п.);

биллинга, чтобы оперативно получить реальное состояние счета абонента, актуализировать его, в случае необходимости, и детализировать спорные позиции взаиморасчетов.

Минимизация длительности транзакций по обслуживанию запросов абонента играет существенную роль в повышении эффективности деятельности оператора. Его конкурентоспособность обеспечивается за счет повышения качества обслуживания и минимизации эксплуатационных издержек, обусловленных, например, числом необходимого обслуживающего персонала или суммарным временем простоя сетевых ресурсов.

Мультмтерминальные порталы

Портал ——это Web-сайт, который является главным стартовым сайтом (точкой входа) для пользователей:

подключающихся к Интернету по разным каналам связи;

которым нужен один опорный сайт]

передачи необходимой информации и услуг пользователям в любом месте, в любое время, через любое устройство.

Взаимопроникновение различных сред доставки трафика в мультисервиеных сетях, как естественная реакция на социальный заказ рынка телекоммуникаций, обусловило концепцию единой среды обмена сообщениями, соптао но которой абоненту, не важно на каком устройстве будет терминировано адресованное ему сообщение и через какую сетевую инфраструктуру оно доставлено. Например, система UMS Alcatel 8683 обрабатывает все речевые сообщения, поступающие по сетям фиксированной или мобильной связи, факсимильной связи, а также по электронной почте, и размещает в универсальном почтовом ящике абонента, доступном из любой среды. Открытая гибкая модульная архитектура совместима со всеми основными стандартами: IMAP4, TCP/IP, HTML, WAP, и т.п. Клиент может прослушать сообщен ние электронной почты после преобразования его в речь или отправить тек~ стовое сообщение, надиктовав его по телефону. Он имеет удобный структурированный интерфейс управления сообщениями через любую из сред доставки трафика из любой точки конвергентной сети.

Заказчики мультитерминального портала пользуются различными:

Каналами:

голос;

Web;

WAP;

SMS;

E-mail.

Устройствами/терминалами:

телефоны, GSM;

Palm (PDA);

ПК;

Set Top Box (ТВ-приставки);

ADSL Touch One, и т.п.

Для конвергентных сетей характерен переход значительной части заказчиков (корпоративных и домашних) от цровайдеров доступа к сервис-провай- дерам. Мультисервисные сети призваны решить проблему сохранения инвестиций и объединить услуги доступа к информации с ее продажей в рамках

единой системы обслуживания и взаиморасчетов： оператора мультисервисной сети, что гарантирует:

сохранение заказчиков;

повышение доходности на одного абонента;

предоставление услуг с добавленной ценностью для абонентов фиксированной и мобильной связи;

установление выгодных отношений с провайдерами контента.

Основные преимущества мультитерминальных порталов:

решение, дружественное к пользователю;

контроль над заказчиками;

контроль над содержанием;

самая современная технология;

XML, Java, JSP, WAP, GSM, GPRS, UMTS;

решение операторского класса.

Ускорение вывода продуктов и услуг на рынок за счет:

настройки существующих продуктов;

итеративности проектного цикла;

использования существующих партнерских отношений.

Рис- 4・ Основные свойства мультитерм^надьнога портала

Мультитерминальный портал легко может быть интегрирован в универсальный мультисервисный портал — единую точку входа абонентов в мульти- сервисную сеть и доступа ко всем услугам, предоставляемым в ней.

Речевой Web и управление услугамисреды сетевых приложений

В настоящее время несколько ведущих европейских сервис-провайдеров ведут разработку проектов по созданию голосовых порталов. Голосовой портал использует речевой Web-браузер, который поддерживает спецификацию VoiceXML. Разработка ведется совместно с Alcatel, ведущим производителем решений операторского класса, предлагающим готовое решение по созданию речевых порталов. Эти проекты призваны реализовать крупномасштабные внедрения интерактивных речевых приложений и получить решение операторского класса, удовлетворяющее требованиям: большой емкости, надежности, модульности и масштабируемости.

Ключевым элементом для строительства речевого портала является новизна способа работы во «Всемирной паутине» с любого телефона с использованием существующей голосовой сети.

Речевой Портал позволяет сочетать Интернет и голосовые услуги.

Он является новым компонентом мультимедийного портала, позволяющий абонентам получать доступ к услугам с любого телефона.

Рис, 5. Пример интеграции речевого портала в мультисервисной сети

Речевой портал обеспечивает:

Простой доступ к услугам через интуитивный интерфейс с любого телефона.

Персонализацию услуг.

Единый телефонный номер для доступа ко множеству услуг.

Простоту внедрения новых интерактивных услуг (технология VoiceXML).

Речевой портал ——это самый лучший способ использования голосовой сети в мире конвергентных сетей, где любой телефон может предоставлять доступ в Интернет. Он обеспечит увеличение объема трафика за счет взаимного дополнения и взаимосвязи между различными услугами. Такое решение использует уже существующую Web-инфраструктуру, что делает его более экономичным.

Обслуживание абонентовмультисервисных сетей

Обслуживание абонентов мультисервисной сети отличается обилием позиций номенклатуры предоставляемых услуг. Подключение или отключение тех или иных услуг для абонента мультисервисной сети может дать непомерное бремя накладных расходов при отсутствии у оператора мультисервисной сети автоматической системы самообслуживания абонентов. Система самообслуживания позволяет абоненту самостоятельно редактировать собственный профиль и определять набор услуг, на которые он хочет подписаться в данном месяце или какую услугу он хотел бы попробовать в тестовом режиме для ознакомления с ее возможностями и достоинствами.

Наиболее эффективен для такой службы Web-интерфейс, так как он не требует от абонента специального программного приложения для реализации функций управления собственным профилем. Этот интерфейс является составной частью практически любой операционной системы и интуитивно понятен любому пользователю. Помимо этого, развитые соглашения по сетевой безопасности для Web-приложений позволяют предоставлять абоненту определенные гарантии сетевой безопасности со стороны оператора.

Порталы мультимедиа-услуг

Термин мультимедиа появился сравнительно недавно и понимается специалистами операторов и сервис-провайдеров по-разному. Дословная интерпретация ——множественность сред первоначально подразумевала инвариантность компьютерных систем хранения и обработки данных к цифровым форматам разнородных информационных объектов, объединяемых гипер-

связями в мультимедийные агрегаты данных, над которыми можно было производить операции как над обычными картежами СУБВ.

Позднее появилось понятие мультимедиа-терминала (компьютера) способного воспринимать и отображать (воспроизводить) все компоненты гиперсвязанного информационного объекта в комплексе с учетом всех ассоциативных связей и необходимой синхронизации работы отдельных элементов терминала (звук, статическое или динамическое изображение и, возможно, наложенный поверх него текст).

И наконец с появлением широконолосного доступа к цифровым каналам связи появился термин мультимедиа-телекоммуникации — цифровая среда доставки трафика инвариантная к типу информационного потока, способ- ная объединить все информационные потоки человечества, обеспечить их доставку и контекстуальное агрегирование в соответствии со спецификой восприятия и ассоциативного мышления человека.

Основная задача, решаемая мультимедиа-порталами, — это обеспечение або- нента нужным содержанием или услугой в нужном месте и в нужное время. В свете этой задачи особое значение приобретет проектирование и внедрение высокодоступной, масштабируемой, безопасной, открытой архитектуры доступа и управления услугами, то есть создание инструментальной среды для реализации функций мультимедиа-порталов.

Применительно к корпоративной сети оператора мультимедиа-портал — это единая точка для связи с разными Информационными подсистемами оператора мультисервисной сети (ERP, CRM, CCBS ...).

Мультимедиа-порталы телмоммуникационных услуг обеспечивают высокую доступность услуг мультимедиа-телекоммуникаций, реализуемых 3G (в лю- бом месте и в любое время с помощью любого Интернет-терминала). Яркий пример реализации этой концепции —— решение компании NEXTENSO Multi-Access Portals. Основные задачи, решаемые абонентом с помощью этого программного обеспечения в рамках портала:

Community Information Management — позволяет пользователям самим создавать контент портала, инициируя информационный обмен по интересам.

Personalized Home Page (персонифицированная домашняя страница)— среда, позволяющая абоненту управлять содержимым своей персональной страницы.

PIM — мультитерминальный доступ, телефонные номера, записная книжка, органайзер h другим Персональным данным.

Universal Mail Client (универсальный почтовый клиент) — это универсальная среда обмена сообщениями.

Service & Profile Matiagemeht -^ обеспечивает подписку и персонализацию ycrtyr, упражнение индй1»идуальн1^ми застройками абонента и другой клиентской информацией, соде^Шейся в профиле.

First Contact — обеспечивает простой интерфейс с любым Интернет- терминалом, его настройку и регистрацию.

Smart Channel — обеспечивает простой и быстрый доступ абонента к его персональным информационным каналам за счет навигационных предустановок в профиле клиента.

Terminal Management — позволяет пользователю подключаться к порталу независимо от типа используемого им Интернет-терминала.

Создание и публикация контента в мультитерминальной среде приложений портала, поддерживающих XML, реализуется прогршмой Multi^Terminal Studio. Импорт и экспорт Интернет-контента и данных осуществляется в простом для использования формате с помощью Content Studio. Чтение любого документа на любом терминале осуществляется за счет его лреобразования (трансляции) с помощыо Content Translator. Эта триада образует рабочую среду портала, служащую основой для целого ряда различных услуг 3G:

Smart Ad — услуга адресной рекламы, обеспечивающая показ нужного баннера соответствующему абоненту на используемом им в данный момент терминале, независимо от его типа.

Notification Server — обрабатывает профили клиентов, обеспечивая сортировку рассылаемой информации по времени: день, неделя, час, когда абонент хочет быть проинформирован; по типу устройства: сотовый телефон, PC, PDA, экранный Web-фон; по формату: речевое сообщение, E-mail, SMS, fax, и т.п.

Syndication — это стругауризация контента в соответствии с профилем абонента. Это позврляет гарантировать рекламодателю адресность его рекламы, а сервис-провайдеру востребованность абонентами его услуг.

Location server — позволяет обеспечить абонента необходимой ему информацией или телекоммуникационным соединением в контексте его географическото или территориалжого месторасположения (например, звонок в ближайшее к абоненту отделение сервисной службы — сети ресторанов, автосервиса, филиал ^нка, и т.п.)-

WAP Gateway — обеспечивает шлюзование между средами WEB и WAP.

SMS Gateway — обеспечивает шлюзование SMS в WEB, WAP и речевой портал.

Ограничения по скорости доставки контента, которые еще не преодолены в системах 3G, несколько ограничивают спектр услуг широкополосного доступа. В первую очередь, это касается услуг потокового видео высокого качества со скоростями абонентского потока от 3 до 50 Мбит/с.

Мультимедиа-портаяы инфсфмационных услуг мжщтабируемой, безопасной, открытой архитектуры доступа и управления 呼иенлфуютс* в первую очередь на эффективность навигации в информационнее яро^ранстве и манипулирования гиперсвязанными мультимедиа-объектами. СЙ1и строятся как WEB-при-

ложения, взаимодействующие с СУБД мультимедиа-объектов, и, так же как телекоммуникационное оборудсжание, могут быть разделены на корпоративные и операторские решения в зависимости от целевого сектора рынка.

Корпоративные мультимедиа-порталы объединяют группу тематических сайтов предприятия и обычно не предусматривают услуг m-commerce (торговли информацией). Примером решения этого класса может быть Oracle9iAS Portal, который обеспечивает:

публикацию контента с помощью простого мастера публикаций. Он автоматически форматирует и отображает контент в соответствии с установками: цветности, фонтов, размещения, выравнивания и тому подобное. При этом WEB-страницы или контекстуально-связанные группы из них, называемые сайты, формируются без специальных знаний HTML, кодирования или редактирования конфигураций фай- лов, они легко объединяются в группы, которые могут быть использованы для создания, добавления или перемещения как единый объект с контролем таксономии контента;

определение администратором портала типа контента, его атрибутов, а также каким образом эти установки применяются к отдельным страницам или их группам;

поддержку приложений на Java;

полноту среды разработки за счет динамического построения SQL- запросов с помощью мастера их генерации. Мастер SQL-запросов используется при разработке страниц и установке логики взаимосвязей в них. Взаимосвязи устанавливаются с учетом множественности возможных форм отображения Web-страниц в зависимости от клиентского профиля;

управление WEB-страницами, установление связей между ними, определение форм отображения, уровней доступа к ним, и т.п.;

гибкую навигацию в информационном пространстве;

развитые средства контекстуального поиска, например, Oracle Text, производит поиск прямо в базах данных Oracle, или с помощью интеграции с Oracle UltraSearch на доступных: IMAP почтовых серверах, WEB-сайтах и файловых системах.

Таким образом, этот продукт с помощью развитых инструментов контент- менеджмента управляет своевременностью актуализации мультимедиа-базы и гарантирует ее непротиворечивость. Открытость архитектуры, поддерживающей интеграцию Интернет-стандартов, с любыми источниками данных, расширяет возможности разработчика по подбору источников контента, а преобразование контента в MobileXML частично решает проблемы мультимедиа-телекоммуникаций.

Программное обеспечение Oracle9iAS Portal предусматривает комплекс средств защиты от несанкционированного доступа. Он сочетает: авториза*

цию пользователей Single Sign-ON (SSO), определение уровня доступа пользователей или их групп в Oracle Internet Directory (OID), возможность интеграции с LDAP других производителей и поддержка SSL-соединений.

Мультимедиа-порталы операторского класса отличает специфика договорных взаимоотношений оператора и абонента. Решения такого класса должны быть готовы обслужить клиента из любого сектора рынка с любой спецификой информационной активности. Поэтому, необходима более глубокая адаптивность к нуждам абонентов. Она может быть достигнута за счет мощной библиотеки формализованных WEB-объектов, с которыми сталкиваются абоненты, с развитой системой их пдеаметризации для структурирования контента портала. Гарантии своевременности доставки контента обеспечиваются развитыми средствами ведения распределенной мультимедиа-базы. СУРБД проводит репликации, отдельных частей мультимедиа-базы, в соответствии со спецификой инфраструктуры мультисервисной сети и концентрацией ее абонентов.

Для обеспечения максимального маркетингового запаса мультимедиа-порталы операторского класса должны быть готовы интегрировать в себя любые услуги, которые могут возникнуть в будущем. При этом важно, чтобы абонентский трафик в процессе предоставления той или иной услуги не проходил через эту точку сети. Портал должен выполнять функции менеджера доступа к различным ресурсам сети. Все ресурсы сети контролируются соответствующими серверами приложений. Поэтому Портал контролирует правомочность обращения абонента к услуге и передает управление обслуживанием абонента на соответствующий сервер, непосредственно в точку ее предоставления.

Гибкость комплекса мер по защите от несанкционированного доступа и охране коммерческого контента должна позволить оператору предлагать абоненту широкий спектр охранных мер с различной себестоимостью хранения в зависимости от коммерческой значимости хранимого контента. Такой подход, с одной стороны, минимизирует затраты оператора мультисервисной сети по обеспечению сетевой безопасности, а с другой стороны, позволяет предлагать абоненту любую, реализуемую на сегодняшний день, степень защиты его информации.

В этом классе решений интересно отметить SiTex —— программный продукт российского производстаа. Он оптимален по критерию качество/цена, инвариантен к аппаратной платформе и операционной системе. Продукт реализован под Windows и портирован на все клоны UNIX. Он может использовать любую систему управления данными (MS Access, MySQL, Sybase, Oracle, и т.п.). При этом он предусматривает репликацию контента в распределенных структурах, управляемых из одного или нескольких мест в рамках регламентных работ.

SiTex построен на базе Cold Fusion компании Macromedia, имеет интуитивно понятный, дружественный графический интерфейс пользователя, работающий в объектно-ориентированной среде, что позволяет наследовать признаки и параметры различных формализованных WEB-объектов и

генерировать даже такие сложные объекты как портал простым нажатием соответствующей клавиши. Эта среда предусматривает использование ее оператором в качестве инструмента хостинга и сервис-провайдинга. Она обеспечивает параллельное ведение и администрирование множества абонентских порталов, возможность создания на ее основе универсальной точки, контролирующей доступ абонентов мультисервисной сети к ее ресурсам. Она одинаково эффективна как для решения Интранет-задач корпоративной сети оператора мультисервисной сети, так и для коммерческих WEB-приложений услуг широкополосного доступа внутри мультисервисной инфраструктуры, а также для услуг доступа к ресурсам Интернет.

Web-ориентированная службатехнической поддержки абонентов мультисервисной сети

Служба технической поддержки мультисервисной сети покрывает все процессы, связанные с обслуживанием и управлением, удовлетворяет запросы заказчиков на те или иные услуги, сокращает оперативные расходы по эксплуатации разнородного оборудования различных производителей и обеспечивает техническую готовность к будущим изменениям технологий.

Как показывает мировая практика, без должной автоматизации, 20% заказов домашних абонентов с первого раза выполняются неверно и не вовремя, 30% случаев модификация настроек приводит к сбоям, и до 30% запросов на услуги от субпровайдеров выполняются неверно. В то же время, процессы интеграции телекоммуникационного рынка непрерывно:

повышают сложность мультисервисной среды (увеличивается число объединяемых технологий);

увеличивают номенклатуру услуг с добавленной стоимостью (ежегодно внедряется 30% принципиально новых услуг);

наращивают число абонентов, пользующихся множеством услуг мульти* сервисной сети, каждая из которых требует контроля и гарантий качества.

Очевидно, что только система автоматизации поддержки функционирования мультисервисной сети может предотвратить катастрофический рост эксплуатационных расходов оператора.

Автоматизированная система технической поддержки мультисервисной сети должна объединять следующие подсистемы:

Интегрированное управление сетевой инфраструктурой TMN (конфи- гурирование элементов сети, управление пропускной способностью, параметризация каналов и т.п.).

Интегрированное управление услугами на основе оперативного доступа к информации о соединениях и доступных ресурсах, а также о резервах с учетом предоставляемых ресурсоемких услуг.

Контакт-центр поддержки заказчиков и CRM-подсистема (прием и управление заказами, работа с жалобами, маркетинг и реклама).

Интеллектуальное управление отказами. Сбор статистики отказов, корреляция сигналов тревоги по времени и частоте в соответствии с правилами математической статистики и. булевой логики.

Интегрированное управление проблемами (поддержка информационных потоков процесса управления, создание, мониторинг/отслежива- ние и выдача trouble tickets, отчетность и статистическая обработка «исторической» базы данных).

Инвентарь сетезх ресурсов. Центральная база по физическому, функциональному и логическому управлению; планирование жизненного цикла и управление ресурсами с учетом всех активных и пассивных компонент, их настроек и ведения библиотеки оборудования; формирование произвольных запросов и подготовка структурированных отчетов.

В сетях передачи данных широко распространена система управления на платформе HP Open View, позволяющая построить представление о сети на основе объединения элементы-менеджеров сетевых компонент, своевременно сообщить об аварии и локализовать ее до уровня конкретного порта. Однако, система управления мультисервисной сетью должна не только хорошо сочетаться с оборудованием разных производителеЛ, но и поддерживать множество различных протоколов и сред доставки трафика. Она должна иметь удобный интуитивно понятный графический интерфейс и обеспечивать автоматизацию управления не только на уровне сетевых элементов, но и на сетевом уровне (автоматическое виртуальное соединение из конца в конец сети с заданным набором параметров, определяемым типом услуги). ，

Наиболее комплексным решением по автоматизации службы технической поддержки в целом и гибкому управлению мультисервисной сетью яшгяется комплекс ALMAVison в сочетании с А5620 компании Alcatel. Однако, это решение операторского класса пока не востребовано на россиЛском рынке в полном объеме, так как рассчитано на обслуживание большого количества абонентов мультисервисной сети. Формирование операторов мультисервисных сетей находится в начальной стадии и приобретение ими полного решения может оказаться коммерчески невыгодным. Модульность архитектуры программного обеспечения, автоматизирующего деятельность оператора позволяет ему определить этапы создания мультисервисной сети и алгоритмы управления ею. С этой точки зрения, очень важно на начальных этапах проектирования определить, для отдельных направлени访 коммерческой деятельности оператора мультисервис- Hoii сети, сроки окупаемости этапов и масштабы их развития.

Контакт центр и система управления взаимоотношениями с заказчиками (Customer Relationship Management — CRM) призваны повысить эффективность обслуживания абонентов. Поэтому, в контакт-центре концентрируются все виды каналов, по которым может осуществляться взаимодействие с абонентом, за счет чего и достигается максимальная эффектавность оперативного CRM, сосредоточенного на транзакциях обслуживания.

УправлениеУправление• в(ядача Trouble Ticket• в(ядача Trouble TicketпопоМониторинг SLA и отчетностьМониторинг SLA и отчетностьНадзор за услугамиНадзор за услугамиСбор данных о производительностиСбор данных о производительности,ия условии биллинга званию,ия условии биллинга званию• Определение условий SLA• Определение условий SLA♦ Обнаружение нарушений ит ухудшений параметров SLA♦ Обнаружение нарушений ит ухудшений параметров SLAАнализ производительностиАнализ производительности• Сигналы о недоступное™ услуг• Раннее или (по возможности) заблаговременное предупреждение о проблеьшх• Сигналы о недоступное™ услуг• Раннее или (по возможности) заблаговременное предупреждение о проблеьшх•Денные о производительности•Денные о производительности• Сравнение QoS и SLA ♦ Отчеты SLA для:• операторов;• заказчиков(самообслуживание)• Сравнение QoS и SLA ♦ Отчеты SLA для:• операторов;• заказчиков(самообслуживание)• Расчет индикаторов QoS• Подача сигналов тревоги для QoS• Расчет индикаторов QoS• Подача сигналов тревоги для QoSЯнс- 6・ Схема системы гарантии качества предоставляемых услугЯнс- 6・ Схема системы гарантии качества предоставляемых услуг

Управление

Управление

• в(ядача Trouble Ticket

• в(ядача Trouble Ticket

по

по

Мониторинг SLA и отчетность

Мониторинг SLA и отчетность

Надзор за услугами

Надзор за услугами

Сбор данных о производительности

Сбор данных о производительности

,ия условии биллинга званию

,ия условии биллинга званию

• Определение условий SLA

• Определение условий SLA

♦ Обнаружение нарушений ит ухудшений параметров SLA

♦ Обнаружение нарушений ит ухудшений параметров SLA

Анализ производительности

Анализ производительности

• Сигналы о недоступное™ услуг

• Раннее или (по возможности) заблаговременное предупреждение о проблеьшх

• Сигналы о недоступное™ услуг

• Раннее или (по возможности) заблаговременное предупреждение о проблеьшх

•Денные о производительности

•Денные о производительности

• Сравнение QoS и SLA ♦ Отчеты SLA для:

• операторов;

• заказчиков

(самообслуживание)

• Сравнение QoS и SLA ♦ Отчеты SLA для:

• операторов;

• заказчиков

(самообслуживание)

• Расчет индикаторов QoS

• Подача сигналов тревоги для QoS

• Расчет индикаторов QoS

• Подача сигналов тревоги для QoS

Янс- 6・ Схема системы гарантии качества предоставляемых услуг

Янс- 6・ Схема системы гарантии качества предоставляемых услуг

Достоинства WEB-ориентированных решений на базе портала мультисервисной сети для самообслуживания абонентов уже обсуждались в предыдущем разделе. Помимо непосредственного заказа и конфигурирования услуг силами самих заказчиков, такое решение обеспечивает интерфейс для связи с компонентами различных подсистем автоматизации:

управления заказами (оперативный доступ к данным о существующих и перспективных заказчиках, услугах и тарифных планах, отслеживать состояние заказов на проведение работ по обслуживанию заказчиков);

ERP;

маркетинга, например, OLAP — система онлайновой аналитической обработки истории работы с каждым заказчиком;

продаж (планирование, отслеживание и документирование всей истории контактов с заказчиком для информационной поддержки участия в тендерах, поддержка перекрестных продаж сопутствующих и дополнительных услуг, а также прогнозирование будущих продаж).

В целом объединение в единый комплекс всех подсистем службы сопровождения дает существенный выигрыш по эффективности и качеству обслуживания абонентов. Это позволяет оператору выйти из состояния постоянного аврала и обеспечить персоналу спокойную плановую работу с четкими зонами ответственности и критериями эффективности деятельности для каждого участника производственного процесса.

Интерактивная биллинговая системамультисервисной сети

При переходе к мультисервисным сетям и предоставлению услуг с добавленной стоимостью операторы сталкиваются с рядом сложных проблем. Снижение рисков и повышение окупаемости инвестиций существенно зависит от маркетинговой стратегии и тарифной модели. В настоящее время четко прослеживается тенденция к уменьшению значения услуг традиционной телефонии, которые в некоторых случаях предоставляются мировыми операторами вообще бесплатно. Решающее значение для привлечения клиентов приобретает наличие услуг с добавленной стоимостью. При выборе оператора потребители будут исходить из его способности внедрять новые высококачественные сервисы, обеспечивать их активизацию в режиме реального времени, а также гарантировать повсеместную доступность.

Немаловажную роль играют взаимоотношения оператора с производителями и поставщиками информационных приложений (контентодержателями), с посредниками и клиринговыми домами. Поэтому биллинговая система оператора мультисервисной сети должна поддерживать любые модели распределения доходов и формы выплат третьим компаниям и частным лицам, являющиеся составными частями тарифных планов услуг с добавленной стоимостью.

Информация о расходовании сетевых и продаже информационных ресурсов должна поступать в биллинговую систему в стандартизованной форме, поэтому любое новое приложение или услуга должны выдавать информацию для тарификации с стандартизованном виде или пользоваться устройствами сбора и предварительной обработки информации (mediation devices), которые унифицируют используемые для тарификации записи о звонках, соединениях или событиях. Многие элементы мультисервисной сети уже сегодня способны самостоятельно выполнять часть этой работы. Помимо формирования записи о предоставлении услуги и ее качестве биллинговая система должна учитывать и место ее предоставления (например, просмотр одного и того же фильма в разных городах США в сетях широкополосного доступа компании @Ноте по-разному тарифицировался).

Биллинговая система мультисервисной сети должна контролировать насколько задействуется пропускная способность сети при предоставлении услуги. Эта информация может стать дополнительным источником дохода для оператора, так как использование сетевых резервов для эксклюзивного предоставления услуги, непредусмотренного клиентским договором, должно тарифицироваться по специальному тарифу.

Ценность мониторинга Quality of Service (QoS) и Service Level Agreement (SLA) заключается в переходе от контроля сетевой производительности к мониторингу гарантированных параметров качества (QoS).

Он дает возможность:

Предлагать разные классы услуг с гарантированным качеством (QoS).

Заключать конкурентные соглашения SLA с измерением производительности, предоставляемого абоненту канала из конца в конец сети и гарантиями качества соответствующей услуги.

Предоставлять биллинг на основе SLA.

Быстро реагировать на жалобы и решать проблемы.

Учитывать «ущерб» для заказчика и устанавливать приоритеты на основе анализа последствий управляющих воздействий на сети для качества услуг абонента.

Встраивание биллинговой системы в WEB-портал оператора позволяет в реальном масштабе времени выставлять и оплачивать счета в электронной форме. Это повышает гибкость управления услугами абонента, то есть ввод, в зависимости от условий подписки на пользование тем или иным сетевым приложением, различных форм: предоплаты, тарифных планов и скидок. Например, частный, деловой, золотой или платиновый тарифный план абонента, определяемый номенклатурой пакета услуг и объемом ежемесячных платежей.

* Определение рейтинга событий вьном времени* Определение рейтинга событий вьном времениРэйтингРэйтингФормироввние предложенийФормироввние предложенийСбор данных для биллингаСбор данных для биллингаАвторизвция в реальном времениАвторизвция в реальном времениАутентификация в реальном времениАутентификация в реальном времени• Сбор данных об IP-событиях в ходе сессии• Сбор данных об IP-событиях в ходе сессииВыставление счетаВыставление счетаФормирование аккаунтаФормирование аккаунта• Подсчет пользовательских балансов• Подсчет пользовательских балансов• В точках продаж• В контакт-центрах• Напрямую через Web• В точках продаж• В контакт-центрах• Напрямую через Web・ Определение услуг• Создание тарифных планов・ Создание пакетов・ Определение услуг• Создание тарифных планов・ Создание пакетов• Получение информации для счета• Подсчет налоговых сумм• Получение информации для счета• Подсчет налоговых суммСбор данных о трафикеСбор данных о трафикеПроверка прав доступаРвспознавание мошенничестве (двойной login...)Проверка прав доступаРвспознавание мошенничестве (двойной login...)Проверка кредитаНедопущение обслуживания при отрицательном кредитеПроверка кредитаНедопущение обслуживания при отрицательном кредите

* Определение рейтинга событий вьном времени

* Определение рейтинга событий вьном времени

Рэйтинг

Рэйтинг

Формироввние предложений

Формироввние предложений

Сбор данных для биллинга

Сбор данных для биллинга

Авторизвция в реальном времени

Авторизвция в реальном времени

Аутентификация в реальном времени

Аутентификация в реальном времени

• Сбор данных об IP-событиях в ходе сессии

• Сбор данных об IP-событиях в ходе сессии

Выставление счета

Выставление счета

Формирование аккаунта

Формирование аккаунта

• Подсчет пользовательских балансов

• Подсчет пользовательских балансов

• В точках продаж

• В контакт-центрах

• Напрямую через Web

• В точках продаж

• В контакт-центрах

• Напрямую через Web

・ Определение услуг

• Создание тарифных планов

・ Создание пакетов

・ Определение услуг

• Создание тарифных планов

・ Создание пакетов

• Получение информации для счета

• Подсчет налоговых сумм

• Получение информации для счета

• Подсчет налоговых сумм

Сбор данных о трафике

Сбор данных о трафике

Проверка прав доступа

Рвспознавание мошенничестве (двойной login...)

Проверка прав доступа

Рвспознавание мошенничестве (двойной login...)

Проверка кредита

Недопущение обслуживания при отрицательном кредите

Проверка кредита

Недопущение обслуживания при отрицательном кредите

Рис. 7. Управление заказчиками и биллинг му ль тисервисных сетей

Таким образом, биллинговая система мультисервисной сети позволяет перейти от фиксированной платы к операциям, основанным на содержании и профиле абонента:

Консолидированный счет для множества услуг.

Гибкость ценообразования: скидки, классы услуг.

Информация о балансе, биллинг, оплата в режиме on-line.

Сокращение безнадежных долгов и мошенничества за счет контроля кредитов в реальном времени.

На рис. 7 показана взаимосвязь различных подсистем мультисервисной сети с точки зрения биллинговой системы мультисервисной сети. Очевидно, что только формализация информационных взаимодействий, параметризация информационных объектов и потоков, а также комплексная автоматизация работы всех подразделений оператора мультисервисной сети, могут минимизировать время прохождения транзакций и повысить доходность эксплуатации мультисервисной сети.

ЗАЩИТА ОТ МОШЕННИЧЕСТВА И НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ДОСТУПА В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ

Часто возникают ситуации, когда, хотя политика безопасности и существует, большинство сотрудников считает, что на самом деле она не нужна или организована безграмотно. Что она приносит массу неудобств, замедляет работу, нанося компании-оператору ущерб, превосходящий сэкономленные службой безопасности средства. Поэтому разъяснение роли информационной безопасности в деятельности оператора и задач этой службы играет важную роль в работе с персоналом. Оператор мультисервисной сети должен уделять большое внимание развитию и совершенствованию системы информационной безопасности.

Информационной безопасностью называют меры по защите информации от неавторизованного доступа, разрушения, модификации, раскрытия и задержек в доступе. Информационная безопасность включает в себя меры по защите процессов создания данных, их ввода, обработки и отображения в информационных системах.

Стратегические задачи службыбезопасности мультисервисных сетей

Целью информационно访 безопасности является обезопасить ценности системы, защитить и гарантировать точность и целостность информации, и минимизировать разрушения, которые могут иметь место, если информация будет модифицирована или разрушена. Она требует учета всех событий, в ходе которых информация создается, модифицируется, обеспечивается доступ к ней или распространение по сети.

Информационная безопасность должна давать гарантию того, что достигаются следующие цели:

конфиденциальность критической информации;

целостность информации и связанных с неЛ процессов (создания, ввода, обработки и отображения);

актуальность (своевременность обновления) и доступность информации (когда она нужна авторизованным потребителям);

учет всех процессов, связанных с информацией.

Некоторые технологии по защите мультисервисной сети и обеспечению учета всех событий могут быть автоматизированы. Другие же выполняются людьми и являются реализацией указаний руководства, содержащихся в соответствующих руководящих документах. Принятие решения о выборе уровня сложности для применяемой технологии защиты системы требует: установления критичности информации, оценки рисков нанесения ущерба и последующего определения адекватного уровня безопасности.

Мировой опыт и анализ ущербаот компьютерных преступлений

По оценке специалистов США, ущерб от преступлений в области информации увеличивается на 35% в год и составляет около 3,5 миллиардов долларов. Одной из причин является сумма денег, получаемая в результате преступления: в то время как ущерб от среднего компьютерного преступления составляет 560 тысяч долларов, при ограблении банка ——всего лишь 19 тысяч долларов.

Шансов быть пойманным у компьютерного преступника гораздо меньше, чем у грабителя банка — и даже при поимке у него меньше шансов по* пасть в тюрьму. Обнаруживается в среднем 1% компьютерных преступле- hhJL И вероятность того, что за компьютерное мошенничество преступник попадет в тюрьму, меньше 10%.

Умышленные преступления в области информационных технологий составляют заметную часть преступлений. Но злоупотребленн访 компьютерами и ошибок еще больше. Как выразился один эксперт, 《мы теряем из-за ошибок больше денег, чем могли бы украсть». Эти потери подчеркивают важность и серьезность убытков, связанных с информационными системами и компьютерами.

Основной причиной наличия потерь, связанных с информационными системами, является недостаточная образованность в области безопасности. Только наличие некоторых знаний в области безопасности может пре}кра" тить инциденты и ошибки, обеспечить эффективное применение мер защиты, предотвратить преступление или своевременно обнаружить вторжение в информационную систему и локализовать подозреваемого злоумышленника.

Анализ зарубежных и отечественных отчетов о выявленных компьютерных преступлениях позволяет описать основные технологии их совершения.

Лишь немногие из них включают разрушение компьютеров или данных. Только в 3% мошенничеств и 8% злоупотреблений происходило специальное разрушение оборудования, уничтожение программ или данных. В большей части случаев мошенничеств и злоупотреблений использовалась информация ——ею манипулировали, ее создавали, ее использовали.

Руководящие документы, составляющиеоснову информационной безопасностироссийских мультисервисных сетей

Существует рад руководящих документов по информационной безопасности, на основе которых может быть обобщен опыт ведущих специалистов мира по информационной безопасности, и выработана политика информационной безопасности, удовлетворяющая требованиям российского законодательства:

международный стандарт ISO 17799;

британский стандарт BS 7799;

«Оранжевая книга», опубликованная в 1995 году Национальным центром компьютерной безопасности США;

Закон РФ № 15-ФЗ «О связи» от 20 февраля 1995 года;

Закон РФ № 24-ФЗ «Об информации, информатизации и защите информации» от 20 февраля 1995 года (1 пункт 11 статьи 2 главы) непосредственно касается конфиденциальности персональной информации: • «Перечни персональных данных, включаемых в состав федеральных информационных ресурсов, информационных ресурсов совместного ведения, информационных ресурсов субъектов Российской Федерации, информационных ресурсов органов местного самоуправления, а также получаемых и собираемых негосударственными организациями, должны быть закреплены на уровне федерального закона. Персональные данные относятся к категории конфиденциальной информации.

Не допускаются сбор, хранение, использование и распространение информации о частной жизни, а равно информации, нарушающей личную тайну, семейную тайну, тайну переписки, телефонных переговоров, почтовых, телеграфных и иных сообщений физического лица без его согласия, ...».

♦ А также пункт 4, регламентирующий формирование персональных профилей клиентов мультисервисной сети:

•《Подлежит обязательному лицензированию деятельность негосударственных организаций и частных лиц, связанная с обработкой и предоставлением пользователям персональных данных. Порядок лвдензи- рования определяется законодательством Российской Федерации».

Закон РФ № 85-ФЗ《06 участии в международном информационном обменен от 4 июля 1996 г. (пункт 2 статьи 9 данного закона) гласит: «Защита конфиденциальной информации государством распространяется только на

ту деятельность по международному информационному обмену, которую осуществляют физические и юридические лица, обладающие лицензией на работу с конфиденциальной информацией и использующие сертифицированные средства международного информационного обмена».

Закон РФ № 1-ФЗ «Об электронной цифровой подписи» от 10 января 2002 года (пункт 2 статьи 5 главы 2 этого закона) гласит:《При создании ключей электронных цифровых подписей для использования в информационной системе общего пользования должны применяться только сертифицированные средства электронной цифровой подписи. Возмещение убытков, причиненных в связи с созданием ключей электронных цифровых подписей не сертифицированными средствами электронной цифровой подписи, может быть возложено на создателей и распространителей этих средств в соответствии с законодательством Российской Федерации».

ГОСТ Р 50739-95. Защита от НСД к информации. Общие технические требования.

РД・ СВТ. Защита от НСД к информации. Показатели защищенности от НСД к информации.

РД. АС. Защита от НСД к информации. Классификация АС и требования по защите информации. ТУ на конкретный ввд продукции.

РД FW. Средства вычислительной техники. Межсетевые экраны. Защита от несанкционированного доступа к информации. Показатели защищенности от несанкционированного доступа к информации.

РД НСД. Защита от несанкционированного доступа к информации. Часть 1. Программное обеспечение средств защиты информации. Классификация по уровню контроля не декларированных возможностей.

ГОСТ Р ИСО 7498-1-99. Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Часть 1. Базовая эталонная модель.

ГОСТ Р ИСО 7498-2-99. Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Часть 2. Базовая эталонная модель.

ГОСТ Р 51-275-99. «Защита информации. Объект информатизации. Факторы, воздействующие на информацию».

Контроль выполнения требований по информационной безопасности РФ и сертификация реализаций систем информационной безопасности или отдельных их компонент, в части защиты конфиденциальной информации, возложены на Государственно-Техническую Комиссию по информационной безопасности. В вопросах криптозащиты и охраны государственной тайны контроль возложен на Федеральное Агентство Правительственной Связи ФАПСИ. Любое предприятие, нуждающееся в государственных гарантиях и в защите их коммерческих интересов, должно провести сертификацию своей системы информационной безопасности и получить документы, подтверждающие соответствие ее всем требованиям по информационной безопасности РФ.

Формирование политики безопасностимультисервисной сети

Безопасность мультисервисной сети обеспечивается комплексом организационных мер, подкрепленным соответствующими должностными инструкциями, системой контроля доступа и физической безопасности, а также автоматизированной системой управления информационной безопасностью.

Целями информационной защиты на основании статьи 20 главы 5 Закона РФ №24-ФЗ являются:

предотвращение утечки, хищения, утраты, искажения, подделки информации;

предотвращение угроз безопасности личности, общества, государства;

предотвращение несанкционированных действий по уничтожению, модификации, искажению, копированию, блокированию информации; предотвращение других форм незаконного вмешательства в информационные ресурсы и информационные системы, обеспечение правового режима документированной информации как объекта собственности;

защита конституционных прав граждан на сохранение личной тайны и конфиденциальности персональных данных, имеющихся в информационных системах;

сохранение государственной тайны, конфиденциальности документированной информации в соответствии с законодательством;

обеспечение прав субъектов в информационных процессах и при разработке, производстве и применении информационных систем, технологий и средств Их обеспечения.

Политика безопасности включает в себя требования в адрес персонала, менеджеров и технических служб. Для выработки и проведения адекватной политики безопасности необходимо постоянно решать серию задач:

Анализ угроз внутренней и внешней безопасности мультисервисной сети (определение: какие данные и насколько серьезно необходимо защищать, кто и какой ущерб может нанести фирме в информационном аспекте).

Выбор методики и средств измерения уязвимостей (вычисление рисков).

Тестирование уязвимостей мультисервисной сети для внешних и внутренних угроз,

Анализ результатов.

Разработка плана устранения выявленных уязвимостей и достижения адекватного уровня безопасности мультисервисной сети. На этом, этапе проводится определение схемы уменьшения рисков до приемлемой величины.

Реализация плана устранения уязвимостей, повторное тестирование и анализ эффективности проведенных мероприятий.

В силу коммерческой значимости информационной безопасности для муль- тисервисной сети анализ угроз необходимо проводить по методу «сверху вниз». Он подразумевает детальный анализ всей существующей схемы хранения, обработки и доставки информации. Первым этапом этого метода является определение, какие информационные объекты и потоки необходимо защищать. Далее следует изучение текущего состояния системы информационной безопасности с целью определения, что из классических методик защиты информации уже реализовано, в каком объеме, и на каком уровне. На третьем этапе производится классификация всех информационных объектов на классы в соответствии с их конфиденциальностью, требованиями к доступности и целостности (неизменности). Затем, на основе экспертных оценок, определяются вероятности атак на различные компоненты мультисервисной сети.

На основе полученных данных и экспертных оценок производится «вычисление рисков», то есть выясняется: насколько серьезный ущерб может принести фирме раскрытие или иная атака на каждый конкретный сетевой или информационный объект мультисервисной сети. В первом приближении риском называется произведение «возможного ущерба от атаки» на «вероятность такой атаки». Существует множество схем вычисления рисков, остановимся на одной из самых простых.

Ущерб от атаки может быть представлен неотрицательным числом в приблизительном соответствии с табл. 1.

Таблиц а 7

Величина ущерба

Опнсание

0

Атака принесет ничтожный моральный и финансовый ущерб

1

Ущерб от атаки минимален (основные финансовые операции и положение фирмы-

на рынке не затронуты)

2

Атаке направлена на просчеты системы безопасности в планировании непрерывности бизнеса (на восстановление критичной, конфиденциальной или коммерчески значимой информации требуется некоторое, незапланированное время, за которое оператор терпит убытки, но его положение на рынке и количество клиентов изменяются минимально)

3

Атака ведет к значительным потерям в прибыли, оператор сети теряет имидж надежного партнера и от нее уходит ощутимая часть клиентов

4

Потери от атаки столь значительны, что оператор на период до года теряет положение на рынке. Для восстановления положения требуются крупные финемсовые займы на реорганизацию работы и модернизацию сетевой инфраструктуры, а также на кардинальную переработку политики информационной безопвсности

5

Фирма прекращает существование

Вероятность атаки представляется неотрицательным числом (табл. 2) в приблизительном соответствии с частотой предпринимаемых попыток атак (регистрируемых и отражаемых).

Таблица 2

Вероятность

Средняя частота появления

0

Данный вид атаки отсутствует

10%』

Реже, чем раз в год

20%

Около 1 раза в год

30%

Около 1 раза в месяц

40%

Около 1 раза в неделю

50%

Около 1 раза в день

60%

До 10 раз в день

70%

Каждый час

80%

Каждые 10 минут

100%

Более 10 атак в час

Классификацию ущерба, наносимого атакой, должен оценивать эксперт, способный адекватно его оценить, например, владелец информации, высшее руководство и непосредственно работающий с нею персонал. При этом технический персонал шультисервисной сети может с достаточной степенью достоверности оценить, на основе статистики ошибок в информационных системах оператора, вероятность возникновения нештатной ситуации.

Оценку же вероятности появления целенадравленной атаки должны проводить эксперты, владеющие вопросами, как коммерческой значимости защищаемой информации (ее цены), так и технической реализуемостью атаки. В результате экспертизы необходимо соотнести средние затраты, необходимые на проведение атаки и величину ущерба, приносимого ею. Очевидно, что если затраты на атаку превосходят наносимый ею ущерб, то подобные действия алоумышлен- ников нерентабельны и чаще всего не будут кем-либо финансироваться.

Затем составляется таблица рисков. Они определяются как произведение вероятности наступления нештатной ситуации, попадающей в сферу компетенции автоматизированной системы управления безопасностью, и оценки величины ущерба.

На этапе анализа таблицы рисков, исходя из бюджета, отводимого на систему безопасности мультисервисной сети, задаются некоторым максимально допустимым риском. Сначала проверяется каждая строка таблицы на непревышение риска этого значения. Если такое превышение имеет место, значит данная строка — это одна из первоочередных целей разработки политики безопасности. Затем производится сравнение удвоенного значения с интегральным риском. Если интегральный риск превышает допусти-

мое значение, значит в системе набирается множество мелких погрешностей в системе безопасности, которые в сумме не дадут предприятию эффективно работать. В этом случае из строк выбираются те, которые дают самый значительный вклад в значение интегрального риска и производится попытка их уменьшить или устранить полностью.

На самом ответственном этапе производится собственно разработка политики безопасности предприятия, которая обеспечит надлежащие уровни, как отдельных рисков, так и интегрального риска. При ее разработке необходимо учитывать объективные проблемы, которые встают на пути реализации политики безопасности:

законы страны и международного сообщества;

внутренние требования оператора мультисервисной сети (в частности, специфика производственного процесса или ограниченность бюджета);

этические нормы общества или особенности социальной психологии (social engineering).

Завершается разработка политики безопасности ее утверждением у высшего руководства фирмы и детальным документированием как всех организационно-административных, так и технических мер. За этим должна следовать активная реализация всех указанных в плане компонентов. Перерасчет таблицы рисков и, как следствие, модификация политики безопасности фирмы чаще всего этот цикл повторяется каждые два года.

Роль человеческого фактора в системебезопасности мультисервисной сети

Согласно данным, опубликованным Институтом Компьютерной безопасности (Computer Security Issues & Trends, 2001 CSI Computer Crime and Security Survey), по количеству зафиксированных инцидентов в информационных системах наблюдается следующее распределение мест в порядке убывания:

вирусные атаки;

кражи ноутбуков;

действия инсайдеров внутри сети;

проникновение в сеть извне (со значительным отрывом от предыдущих).

Так как вирусные атаки редко носят адресный характер противоправных действий против конкретного оператора или иного юридического лица, наиболее вероятно нанесение ущерба в результате нештатных действий персонала, а не в результате внешних вторжений злоумышленников.

Таким образом, угроза информационной безопасности со стороны персонала мультисервисной сети гораздо выше, чем внешние угрозы. Поэтому работа с персоналом мультисервисной сета является одним из основных элементов системы безопасности.

Угрозы со стороны персонала мультисервисной сети

Целенаправленное или случайное воздействие на персонал, имеющий административные полномочия в системе, может привести к возникновению существенных рисков. Для отдельных подсистем «цена вопроса» может оказаться сопоставимой со стоимостью всей системы Администратор любой крупной информационной системы, и, особенно, коммерчески значимых сетевых и информационных ресурсов оператора мультисервисной сети должен являться объектом защиты, а также объектом пристального внимания службы собственной безопасности.

Угрозы со стороны персонала условно можно разделить на три группы по характеру должностных обязанностей и наличию злого умысла в несанкционированных действиях:

^Растяпа». Сотрудник, который, несмотря на инструктаж, не достаточно осознает значение политики безопасности и последствия собственных ошибок при работе с информацией. Он легко внушаем и доверчив, что делает его объектом social engineering для выуживания конфиденциальной информации.

^Злоумышленник». Некто, в силу определенных мотивов, осуществляющий сознательные действия, которые могут нанести ущерб. Мотивы могут быть самые разные — от спортивного интереса до обиды на работодателя, вплоть до исполнения сотрудником (резидентом) по совместительству служебных обязанностей в интересах третьей заинтересованной организации.

^Администратор». Лояльный сотрудник, имеющий полномочия суперпользователя, который в силу каких-либо обстоятельств непреднамеренно осуществляет действия, наносящие ущерб. Причиной может быть элементарное отсутствие квалификации, усталость, чрезмерная загрузка. Администратор имеет практически неограниченные полномочия во вверенйой ему подсистеме. Именно поэтому, система безопасности предусматривает разделение административных функций по подсистемам, а самих администраторов по подразделениям таким образом, чтобы злоумышленник ни имел возможности выяснить всю необходимую информацию для сквозного прохода из конца в конец мультисервисной сети за счет использования человеческого фактора.

Все типы инсайдеров, представляющие угрозу информационной безопасности предприятия, могут использовать или стать жертвой технологий social engineering. Эти технологии охватывают все этапы несанкционированных действий: подготовку атаки, проведение атаки и заметание следов.

Введение в заблуждение. Это основной «компонент» работы злоумышленника с персоналом, который путем обмана получает необходимую для своих действий информацию. Существует много приемов: выдача себя за дру-

гое лицо, отвлечение внимания, нагнетание психологического напряжения, и т.д. Информация, полученная в результате таких действий злоумышленника, необходима ему для:

планирования несанкционированного доступа к конфиденциальной информации;、

маскировки несанкционированных действий под легальные;

уход от ответственности путем перевода подозрений на другое лицо. Более квалифицированные злоумышленники моту прибегнуть к обрыву цепочки узлов трассы. Они добиваются этого за счет уничтожения и потери записи в соответствующих журналах о прохождении пакетов злоумышленника в одном из узлов магистральной сети.

Конечной целью атаки злоумышленника может быть информация:

о состоянии счета для ее модификации;

используемая для идентификации, аутентификации и авторизации доступа, для хищение денег;

для получения материальных ценностей в виде консультаций, программных продуктов, заказных исследований или иных услуг информационных приложений мультисервисной сети.

Наиболее вероятная схема получения пароля или полного UID — это звонки от имени администратора пользователю (например, проведение разъяснительной беседы и предложение сменить пароль в рамках регламентных процедур) или от имени пользователя администратору с просьбой помочь восстановить забытый пароль. Помимо этого, большинство пользователей используют одну и ту же мнемонику при формировании пароля. Опираясь на это предположение, злоумышленник может предложить жертве зарегистрироваться для доступа к новому приложению.

Атака на администратора системы. В случае, когда пароль заполучить не удается, и нет возможности подобрать UID, злоумышленнику остается атака на технические средства. Для этого ему необходимо локализовать «дыру» в сетевой обороне. При правильно сконфигурированной системе это не тривиальная задача, требующая сетевой разведки, что грозит разоблачением злоумышленника на ранних стадиях подготовки атаки.

Один из нехитрых способов пробивания «дыр» использует метод психологического давления. Администратору по телефону сообщается о готовящейся или о уже совершенной атаке. Никаких деталей, естественно, не сообщается, но указывается предполагаемое местонахождение бреши. С некоей долей вероятности администратор попытается повысить уровень безопасности своей системы. Спонтанность его действий и неготовность проанализировать последствия несбалансированных действий может привести к нескольким ошибкам, которые упростят атаку. Вероятность такого результата тем выше, чем больше взволнован администратор.

Для дезориентации администратора часто применяется разведка боем, имитирующая атаку и вносящая нервозность в работу администратора. При этом выполняются бессмысленные, на первый взптяд, но на самом деле, целенаправленные действия (В романе «Золотой теленок» Бендер применял такой прием в атаке на Корейко). Вполне естественная реакция администратора в непонятной ситуации ——это во избежание ожидаемого вторжения просто отключить приложение, что может повлечь серьезные убытки и повысит нервозность администратора.

Выдавать себя за осведомителя злоумышленнику гораздо безопаснее, чем атаковать систему. Привлек» такого человека к ответственности, практически невозможно, так как факт обмана недоказуем, а имитация атаки, не повлекшая за собой несанкционированного доступа, но приведшая к блокированию системы, вообще не подлежит наказанию.

Уход от ответственности* Самая главная задача злоумышленника — это не атака на сеть, а заметание следов, так как угроза быть пойманным, все его усилия сводит к нулю. Матерые мошенники, похитив определенную сумму денег, без тени жалости переводят большую ее часть на счет одного из сотрудников компании, который потенциально подходит на роль злоумышленника. При этом это должен быть жадный, азартный и недалекий человек, который с высокой вероятностью, обнаружив на своем счету деньги, решит их прикарманить. Затем поступает анонимный звонок или письмо с сообщением, где следует искать злоумышленника. При этом жертве будет крайне сложно доказать, что его подставили. Конечно, денежные проводки можно оттрассировать, но операции могут быть совершены через подставное лицо или овшор. Даже будучи пойманным, реальный злоумышленник может выдать себя за слепое орудие или скромного исполнителя, ничего не знавшего о криминальной подоплеке финансовой операции.

Человеческий фактори проблемы авторизации

Человеческий фактор в системах авторизации на уровне UID (имя и пароль) играет особую и весьма заметную роль. В частности, пользователи не любят выбирать длинные или бессмысленные пароли. Некоторые характеристики паролей контролируются системой и《слабые» пароли не пропускаются. Проще всего проконтролировать длину пароля, а также совершить некоторые элементарные проверки — на совпадение с именем пользователя, с уже использованным паролем, и т.п.

Человеческая психология может сыграть в системе безопасности злую шутку при установлении неверной политики формирования UID. Например, при отсутствии какой-либо мнемоники нормальный человек не в состоянии запомнить 15-символьный пароль, сгенерированный по всем правилам защиты от подбора. Учитывая, что сотруднику обычно приходится применять не-

сколько различных паролей для работы в нескольких подсистемах или подгруппах, наиболее вероятно, что он не сможет пользоваться системой из- за частых ошибок. При этом перед ним стоит два дарианта действий:

взять бессмысленный пароль и прикрепить его себе на монитор (варианты —системный блок, спрятать в ящик стола);

ввести пароль, который он в состоянии запомнить.

В 80% случаев, при отсутствии специально разработанных рекомендаций по формированию мнемоники для каждого из подразделений, это будут пароли типа: *123456789012345» л «ааааааааааааааЬ», ^svetasvetasveta», 4(nuvy,blin,daete», «papasashafjgrig». Другими словами, это будут простые повторяющиеся комбинации, рядом стоящие символы на клавиатуре, припев популярной песенки, и т.п. А такие пароли кракерам может быть легче вскрыть, чем бессмысленные 6-символьные.

Совершенно очевидно, что если система будет требовать от пользователя не только длинный, но и бессмысленный пароль, то вот тут-то он точно повесит его на монитор. Или еще хуже (хуже — потому что пароль на мониторе хотя бы может увидеть администратор и отругать его) — запишет его в файл.

Можно применить более сложную систему авторизации на основе комбинации нескольких методов. Помимо необходимости ввести имя и пароль, которые относительно легко выясняются злоумышленниками, в таких системах применяется дополнительные меры:

запрос, который выбирается из специального списка по случайному закону, конфиденциальной информации, известной только авторизуемому (например, его предпочтения или сведения о родственниках и друзьях (день рождения, вкусы, характер, и т.п.);

электронные ключи. Они способны нести на себе от нескольких килобайт до сотен мегабайт персональной информации. При этом требуется или нет специальные считывающие устройства. Например, специальная дискета; электронный брелок, так называемый «реп drive*, с USB-портом; PCVCIA-карточка в ноутбук; электронный ключ для параллельного порта или смарт-карта, использующая специальный карг-ридер и часто применяемая для оплаты в системах «клиент—банк*. Все они широко применяются для ранения личных, периодически изменяемых ключей шифрования, информации о состоянии личного счета или информации о разрешенном времени прохода в пропускных системах;

биометрические параметры человека, измеряемые и оцифровываемые специальными устройствами (например, сканеры отпечатков пальцев или радужки глаза, трехосные акселерометры динамики начертания подписи, распознаватели речи, и т.п.).

Конечно, теоретически, и эти меры безопасности могут быть обойдены злоумьпи- ленниками, но цена такого решения возрастает по мере роста числа линий, формирующих эшелоны обороны, и сценариев разграничения доступа.

В результате вышеизложенного можно сделать вывод, что операторам мультисервисных сетей необходимо иметь программу обучения своих сотрудников. Такая учебная программа по обеспечению информационной безопасности должна быть разделена на несколько частей, ориентированных на:

рядовых сотрудников;

администраторов и персонал, отвечающий за информационную безопасность подсистем;

руководителей среднего звена;

высшее руководство с учетом специфики задач решаемых.

Помимо всего прочего обучение должно быть обязательным для всех новых сотрудников, принимаемых на работу, и должно рассматривать все аспекты функциональных обязанностей служащего.

Необходимо периодически проверять эффективность обучения и готовности служащих к выполнению действий, связанных с обеспечением информационной безопасности, регулярно проводить для всего персонала занятия по повышению квалификации, рассказывающие о новых изменениях в стратегии и процедурах безопасности, а также «разбор полетов» после зафиксированных серьезных инцидентов. Для этого необходимо проводить регулярные тренинги, повышающие квалификацию персонала и отрабатывающие ситуации, которые могут появляться в реальности. Если тдкие ролевые игры проводятся у военных или в авиакомпаниях, то почему бы не использовать этот проверенный временем способ и на не менее важных видах деятельности оператора мультисервисной сети. Это позволит удостовериться, что персонал организации знает свои обязанности и сможет адекватно реагировать на регулярно возникающие в последнее время критические ситуации, связанные с информационной безопасностью.

Виды несанкционированных действий персонала,составляющих угрозу информационной безопасностимультисервисной сети

Анализ нештатных ситуаций в информационных системах, возникающих в результате злоумышленных действий, можно сгруппировать в ряд типовых сценариев:

Надувательство с данными. Наверное, самый распространенный метод при совершении преступлений в области информационных технологий, так как он не требует технических знаний и относительно безопасен. Информация меняется в процессе ее ввода в систему или во время вывода. Например, при вводе номера речевого соединения в точке ветвления множественного сценария соединения активируется разрешенный доступ к непредусмотренной услуге или документы могут быть заменены фальшивыми. Довольно часто вместо рабочих дискет могут быть подсунуты чужие и данные могут быть сфальсифицированы.

Сканирование. Это распространенный метод получения информации, который может привести к преступлению. Служащие, читающие файлы им не предназначенные по роду деятельности, могут обнаружить там персональную информацию о своих коллегах. Информация, позволяющая получить доступ к информации или изменить ее, может быть найдена даже после просмотра мусорных корзин. Дискеты, оставленные на столе, могут быть прочитаны, скопированы и украдены.

Квалифицированный злоумышленник легко может просматривать остаточную информацию, оставшуюся на компьютере или на носителе информации после выполнения незадачливым сотрудником задания и удаления своих файлов. Дело в том, что удаление производится только из оглавления, информация о цепочке кластеров удаленного фййла сохраняется до использования освободившегося дискового пространства другим файлом или до дефрагментации диска. При этом не всегда требуется ввод UID для входа терминала в сеть, так как информация, расположенная локально, может быть прочитана во многих конфигурациях операционных систем пользовательских компьютеров в обход пародирования.

Троянский конь. Этот метод предполагает, что пользователь не заметил, что компьютерная программа на его компьютере была изменена таким образом, что включает в себя дополнительные функции. Программа, выполняющая полезные функции, пишется таким образом, что содержит дополнительные скрытые функции, которые будут использовать особенности механизмов защиты системы (возможности пользователя, запустившего программу, по доступу к файлам). Многие программы такого рода попадают в компьютер пользователя не только через сеть. Они могут быть привнесены в процессе рабочего оборота дискет или иных перезаписываемых носителей информации, а также в результате подмены оригинальной информации зараженной.

Черный ход. Этот метод основан на использовании администраторами или разработчиками скрытого программного или аппаратного механизма, позволяющего обойти методы защиты в системе. Например, активный модем офисной АТС, используемый администратором для дистанционного управления ею, или иной недокументированный механизм доступа к ресурсу, который активируется некоторым неочевидным образом. Иногда пишется и внедряется специальная программа, работающая таким образом, что специфическое событие, например, число транзакций, обработанных в определенный день или дата, вызовет запуск неавторизованного механизма и откроет пути для несанкционированного доступа.

Технология салями. Названа так из-за того, что преступление совершается понемногу, небольшими частями, настолько маленькими, что они незаметны. Например, платежи могут округляться до нескольких центов, и разница между реальной и округленной суммой поступать на специально открытый счет злоумышленника или зондирование системы и подбор паролей

производится из разных мест и со случайными, довольно протяженными, паузами между попытками. Технология маскирует действия злоумышленника под обычные ошибки абонентов при исполнении алгоритмов доступа к тому или иному сетевому или информационному ресурсу.

Супер отключение. Технология названа по имени программы, использовавшейся в ряде компьютерных центров, обходившей системные меры защиты и использовавшейся при аварийных ситуациях. Владение таким «мастер-клю- чом» дает возможность в любое время получить несанкционированный доступ к ресурсам. Именно по этим причинам в структуре оператора мультисервисной сети не может быть единая и централизованная структура администрирования сетевых и информационных ресурсов. Для минимизации ущерба от подобных нештатных ситуаций необходимо расчленение системы администрирования на подсистемы, способные работать автономно, опираясь на автоматический контроль параметров, гарантирующих качество как предоставляемых в мультисервисной сети услуг, так и информационного обмена в корпоративной сети оператора.

4.4. Классификация удаленных атакна распределенные системы

Любая мультисервисная сеть является системой с распределенными по пространству сетевыми и информационными ресурсами. Связь между ними физически осуществляется при помощи сетевых соединений, по которым ведется обмен сообщениями, пересылаемыми в виде пакетов. Именно эта особенность является основной для удаленных атак на инфраструктуру и протоколы мультисервисной сети.

Основная цель любой классификации состоит в том, чтобы предложить такие классификационные признаки, используя которые можно наиболее точно описать классифицируемые явления или объекты. Для описания удаленных атак предлагается классификация по следующим признакам:

По характеру воздействия — пассивное, которое практически невозможно обнаружить, так как оно не оказывает непосредственного влияния на работу системы, например, прослушивание канала; или активное, оказывающее непосредственное влияние на работу системы и ее политику безопасности, что приводит к изменениям в системе, которые могут быть обнаружены.

По цели воздействия — нарушение конфиденциальности информации либо ресурсов системы, напрймер, перехват информации в результате прослушивания без возможности ее модификации. Нарушение целостности информации за счет полного контроля над информационным потоком или передачи сообщений от имени другого объекта, напри-

мер, создание «ложного объекта» в мультисервисной сети. Нарушение работоспособности или доступности системы, при которой выводится из строя система на атакуемом объекте и для всех остальных объектов системы доступ к ресурсам атакованного объекта становится невозможен, например, «Отказ в обслуживании» или DoS-атака.

По условию начала осуществления воздействия. Атака по запросу от атакуемого объекта, когда атакующий ожидает передачи от потенциальной цели атаки запроса определенного типа, который и будет условием начала осуществления воздействия, например, в Internet —— DNS- и ARP-запросы. Атака по наступлению ожидаемого события на атакуемом объекте, когда атакующий осуществляет постоянное наблюдение за состоянием операционной системы удаленной цели атаки и при возникновении определенного события в этой системе начинает воздействие. Безусловная атака, когда начало осуществления атаки безусловно по отношению к цели атаки, то есть атака осуществляется немедленно и безотносительно к состоянию системы и атакуемого объекта.

По наличию обратной связи с атакуемым объектом. С обратной связью, которая характеризуется тем, что на некоторые запросы, переданные на атакуемый объект, атакующему требуется получить ответ, и следовательно, между атакующим и целью атаки существует обратная связь, которая позволяет атакующему адекватно реагировать на все изменения, происходящие на атакуемом объекте. Без Обратной связи (однонаправленная атака), когда не требуется реапфовать на какие-либо изменения, происходящие на атакуемом объекте, характерный пример «Отказ в обслуживании».

По расположению субъекта атаки относительно атакуемого объекта. Внутрисегментная атака, когда субъект и объект атаки находятся в одном сетевом сегменте. Межсегментное, когда объект сети и непосредственно атакующий могут находиться на расстоянии многих тысяч километров друг от друга, в разных сетях, что может существенно воспрепятствовать мерам по отражению атаки.

По уровню эталонной модели стандарта ISO 7498 для открытых систем OSI (физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представительный, прикладной).

Механизмы реализации сетевых атак

Атаки, как любые деструктивные действия, требуют тщательной подготовки. Они имеют свои предпосылки и инструментарий. Целенаправленной атаке всегда предшествует разведка или анализ уязвимых мест сети.

Анализ сетевого трафика

Анализ сетевого трафика — основное средство для сетевого взлома. Он позволяет изучить логику работы. Удается получить взаимно однозначное соответствие событий, происходящих в системе, и команд, пересылаемых друг другу ее объектами, в момент появления этих событий. Это достигается путем перехвата и анализа пакетов обмена на канальном уровне. Знание логики работы распределенной информационной системы позволяет на практике моделировать и осуществлять удаленные атаки.

Атака данного типа заключается в получении на удаленном объекте несанкционированного доступа к информаций, которой обмениваются два сетевых абонента. При этом отсутствует возможность модификации трафика и сам анализ возможен только внутри одного сегмента сети. Примером перехваченной при помощи данной типовой удаленной атаки информации могут служить:

имя и пароль пользователя, пересылаемые в незашифрованном виде по сети;

шифрованный информационный поток для сохранения на компьютере взломщика и последующего дешифрования;

«подслушивание» чужих аудио- или видеопотоков при недостаточной проработке защиты от мошенничества этих услуг.

По характеру воздействия анализ сетевого трафика является пассивным воздействием. Осуществление данной атаки без обратной связи ведет к нарушению конфиденциальности информации внутри одного сегмента сети на канальном уровне сетевой модели OSL При этом начало осуществления атаки, безусловно, по отношению к цели атаки.

Подмена доверенного объекта или субъекта

Подмена доверенного объекта или субъекта сети при недостаточной проработке процедур идентификации и аутентификации ее объектов. Основная трудность заключается' в осуществлении однозначной идентификации сообщений, передаваемых между субъектами и объектами взаимодействия. Обычно эта проблема решается следующим образом: в процессе создания виртуального канала объекты обмениваются определенной информацией, уникально идентифицирующей данный канал. Такой обмен обычно называется «рукопожатием» (handshake). Однако не всегда для связи двух удаленных объектов в мультисервисной сети создается виртуальный канал. Практика показывает, что зачастую, особенно для служебных сообщений (например, от IP-маршрутизаторовХ используется передача одиночных сообщений, не требующих подтверждения.

Для адресации сообщений в мультисервисных сетях используется сетевой адрес. Он уникален для каждого объекта системы, например, на канальном

уровне модели ISO/OSI — это аппаратный МАС-адрес сетевого адаптера, на сетевом уровне — адрес определяется в зависимости от используемого протокола сетевого уровня (например, IP-адрес). Сетевой адрес также может использоваться для идентификации объектов сети. Однако, сетевой адрес достаточно просто подделывается в среде IP. Поэтому использовать его в качестве единственного средства идентификации объектов недопустимо.

В случае, когда в мультисервисной сети используют нестойкие алгоритмы идентификации объектов, оказывается возможной удаленная атака, заключающаяся в передаче по каналам связи сообщений от имени произвольного объекта или субъекта мультисервисной сети. При этом существуют две разновидности данной атаки с установленным виртуальным каналом или без него.

В случае установленного виртуального соединения атака будет заключаться в присвоении прав доверенного субъекта взаимодействия, легально подключившегося к объекту системы, что позволит атакующему вести сеанс работы с объектом распределенной системы от имени доверенного субъекта. Реализация удаленных атак данного типа обычно состоит в передаче, с атакующего объекта на цель атаки, пакетов обмена от имени доверенного субъекта взаимодействия. При этом переданные сообщения будут восприняты системой как корректные. Для осуществления атаки данного типа необходимо преодолеть систему идентификации и аутентификации сообщений, которая, в принципе, может использовать контрольную сумму, вычисляемую с помощью открытого ключа, динамически выработанного при установлении канала, случайные многобитные счетчики пакетов и сетевые адреса станций. Однако на практике, например, в протоколе TCP для идентификации используются два 32-битных счетчика.

Для служебных сообщений в мультисервисных сетях часто используется передача одиночных сообщений, не требующих подтверждения, то есть не требуется создание виртуального соединения. Атака без установленного виртуального соединения заключается в передаче служебных сообщений от имени сетевых управляющих устройств (например, сообщения от имени маршрутизаторов).

Очевидно, что в этом случае для идентификации пакетов возможно лишь использование статических ключей, определенных заранее, что довольно неудобно и требует сложной системы управления ключами. Однако, при отказе от такой системы идентификация пакетов без установленного виртуального канала будет возможна лишь по сетевому адресу отправителя, который легко подделать.

Посылка ложных управляющих сообщений может привести к серьезным нарушениям работы мультисервисной сети (например, к изменению ее конфигурации).

Подмена доверенного объекта мультисервисной сети является активным воздействием, совершаемым с целью нарушения конфиденциальности и

целостности информации, по наступлению на атакуемом объекте определенного события. Данная удаленная атака может являться как внутрисегментной, так и межсегментной, как с обратной связью, так и без нее, и осуществляется на сетевом и транспортном уровнях модели OSI.

3. Ложный объект мультисервисной сети

Если в мультисервисной сети недостаточно надежно решены проблемы идентификации сетевых управляющих устройств (например, маршрутизаторов), то подобная распределенная система может подвергнуться типовой удаленной атаке. Необходимость идентификации возникает при взаимодействии управляющих устройств с объектами информационной системы. Атака связана с изменением маршрутизации и внедрением в систему ложного объекта. Если инфраструктура сети такова, что для взаимодействия объектов необходимо использование алгоритмов удаленного поиска, то это также позволяет внедрить в систему ложный объект. Итак, существуют две принципиально разные причины, обуславливающие появление типовой удаленной атаки «Ложный объект мультисервисной сети».

Внедрение ложного объекта путем навязывания ложного маршрута.

Современные глобальные сети представляют собой совокупность сегментов сети, связанных между собой через сетевые узлы. При этом маршрутом называется последовательность узлов сети, через которые данные передаются от источника к приемнику. Каждый маршрутизатор имеет специальную таблицу, называемую таблицей маршрутизации, в которой для каждого адресата указывается оптимальный маршрут. Таблицы маршрутизации существуют не только у маршрутизаторов, но и у любых хостов в глобальной сети. Для обеспечения эффективной и оптимальной маршрутизации в распределенных информационных системах и вычислительных сетях применяются специальные управляющие протоколы. Они позволяют маршрутизаторам:

обмениваться информацией друг с другом, например, Routing Internet Protocol (RIP) или Open Shortest Path First (OSPF);

уведомлять хосты о новом маршруте Internet Control Message Protocol (ICMP);

удаленно упранлять маршрутизаторами, Simple Network Management Protocol (SNMP).

Важно отметить, что все описанные выше протоколы позволяют удаленно изменять маршрутизацию в сети Internet, то есть являются протоколами управления сетью.

Поэтому абсолютно очевидно, что маршрутизация в глобальных сетях играет важнейшую роль и, как следствие этого, может подвергаться атаке, особенно в корпоративных сетях с распределенной системой управления и

виртуальными каналами, устанавливаемыми на сетевом, а не на канальном уровне. Основная цель атаки, связанной с навязыванием ложного маршрута, состоит в том, чтобы изменить исходную маршрутизацию на объекте мультисервисной сети так, чтобы новый маршрут проходил через ложный объект — хост атакующего.

Реализация данной типовой удаленной атаки состоит в несанкционированном использовании протоколов управления сетью для изменения исходных таблиц маршрутизации. Она часто применяется в среде IP, но мало вероятна для ATM, имеющей централизованную систему управления сетью и виртуальные каналы канального уровня.

Для изменения маршрутизации атакующему злоумышленнику необходимо послать по IP-сети специальные служебные сообщения. Сделать это он может от имени сетевых управляющих устройств (например, маршрутизаторов). Служебные сообщения определены протоколами управления сетью. В результате успешного изменения маршрута атакующий получит полный контроль над потоком информации, которой обмениваются два объекта мультисервисной сети и атака перейдет во вторую стадию, связанную с приемом, анализом и передачей сообщений, получаемых от дезинформированных объектов мультисервисной сети.

Навязывание объекту ложного маршрута ——это активное воздействие, совершаемое с любой целью (нарушение конфиденциальности, целостности или работоспособности). Оно безусловно по отношению к цели атаки. Данная типовая удаленная атака может осуществляться как внутри одного сегмента, так и межсегментно, как с обратной связью с атакуемым объектом, так и без нее, на транспортном или прикладном уровне модели OSL

Внедрение в мультисервисную сеть ложного объекта путем использования недостатков алгоритмов удаленного поиска.

В мультисервисной сети часто оказывается, что ее удаленные объекты изначально не имеют достаточно информации, необходимой для адресации сообщений. Обычно такой информацией являются адреса объектов сети:

аппаратный (например, адрес сетевого адаптера);

логический (например, 1Р-адрес).

Для получения подобной информации в мультисервисных сетях используются различные алгоритмы удаленного поиска, заключающиеся в передаче по сети специального вида поисковых запросов, и в ожидании ответов на запрос с искомой информацией. После получения ответа на запрос, запросивший субъект сети обладает всеми необходимыми данными для адресации. Руководствуясь полученными из ответа сведениями об искомом объекте, запросивший субъект сети начинает адресоваться к нему. Примером подобных запросов, на которых базируются алгоритмы удаленного поиска, могут служить ARP- или DNS-запрос в сети Internet.

В случае использования механизмов удаленного поиска существует возможность на атакующем объекте перехватить посланный запрос и послать на него ложный ответ, где указать данные, использование которых приведет к адресации на атакующий ложный объект. В дальнейшем весь поток информации между субъектом и объектом взаимодействия будет проходить через ложный объект мультисервисной сети.

Другой вариант внедрения ложного объекта использует недостатки алгоритма удаленного поиска и состоит в периодической передаче на атакуемый объект заранее подготовленного ложного ответа без приема поискового запроса. Атакующему, для того чтобы послать ложный ответ, не всегда обязательно дожидаться приема запроса (он может, в принципе, не иметь подобной возможности перехвата запроса). При этом атакующий может спровоцировать атакуемый объект на передачу поискового запроса, и тогда его ложный ответ будет немедленно иметь успех. Данная типовая удаленная атака чрезвычайно характерна для глобальных сетей, когда, из-за нахождения в другом сегменте относительно цели атаки, у атакующего просто нет возможности перехватить поисковый запрос.

Ложный объект мультисервисной сети — это активное воздействие, совершаемое с целью нарушения конфиденциальности и целостности информации, которое может являться атакой по запросу от атакуемого объекта, а также безусловной атакой. Данная удаленная атака может быть как внутрисегментной, так и межсегментной, иметь обратную связь с атакуемым объектом и осуществляется как на канальном, так и на прикладном уровнях модели OSL

Типы воздействийна мультисервисную сеть

Получив контроль над проходящим потоком информации между объектами, ложный объект мультисервисной сети может применять различные методы воздействия на перехваченную информацию. Внедрение в сеть ложного объекта является целью многих удаленных атак и представляет серьезную угрозу безопасности мультисервисной сети в целом.

Можно разделить действия злоумышленников в мультисервисной сети на активные и пассивные. К пассивным действиям можно отнести не только анализ сетевого трафика при подготовке атак, но и кража коммерческой или конфиденциальной информации, передаваемой по сети в виде файлов или потоков. В случае приложений потокового вещания предусматриваются меры защиты от несанкционированного копирования и нарушения, из- за кражи контента, авторских прав контентодержателя, но далеко не всегда этот вид услуг защищен от несанкционированного подслушивания/ подсматривания без сохранения потока (злоумышленник аналогичен безбилетному зрителю в кинотеатре или концертном зале).

К активным воздействиям относятся модификация или подмена информации, а также порождение паразитной сетевой информации с целью понижения или полной утраты работоспособности узлов мультисервисной сети.

Модификация информационных потоков в сети

В результате селекции потока перехваченной информации и его анализа система может распознавать тип передаваемых файлов (исполняемый или текстовый). Соответственно, в случае обнаружения текстового файла или файла данных появляется возможность модифицировать проходящие через ложный объект данные. Особую угрозу эта функция представляет для сетей обработки конфиденциальной информаций.

Другим видом модификации может быть модификация передаваемого кода. Ложный объект, проводя семантический анализ проходящей через него информации, может выделять из потока данных исполняемый код.

Известный принцип неймановской архитектуры гласит, что не существует различий между данными и командами. Следовательно, для того, чтобы определить, что передается по сети — код или данные, необходимо использовать определенные особенности, свойственные реализации сетевого обмена в конкретной сети или некоторые особенности, присущие конкретным типам исполняемых файлов в конкретной операционной системе прикладного сервера или абонентского терминала.

При внедрении разрушающих программ исполняемый файл модифицируется по вирусной технологии: к исполняемому файлу одним из известных способов дописывается тело внедряемой программы и изменяется точка входа так, чтобы она указывала на начало внедренного кода. Описанный способ, в принципе, ничем не отличается от стандартного заражения исполняемого файла вирусом, за исключением того, что файл заражен вирусом в процессе доставки! Такое возможно лишь при использовании системы воздействия, построенной по принципу «ложный объект».

В качестве примеров можно привести вариант использования ложного объекта для создания сетевого червя ——наиболее сложного на практике удаленного воздействия в сетях, или внедрение программ — сетевых шпионов.

В случае, когда происходит модификация исполняемого кода с целью изменения логики его работы, воздействие требует предварительного исследования работы исполняемого файла.

Подмена информации

Если модификация информации приводит к ее частичному искажению, то подмена — к полному ее изменению. При возникновении в сети определенного контролируемого ложным объектом события одному из участии-

ков обмена посылается заранее подготовленная дезинформация. При этом такая дезинформация в зависимости от контролируемого события может быть воспринята либо как исполняемый код, либо как данные.

Предположим, что ложный объект контролирует событие, которое состоит в подключении пользователя к серверу. Он ожидает, например, запуска соответствующей программы входа в систему. Исполняемый файл, например, Java-апплет, при запуске программы на сервере, передается на рабочую станцию. Вместо того, чтобы выполнить данное действие, ложный объект передает на рабочую станцию код заранее написанной специальной программы —— захватчика паролей. Эта программа выполняет визуально те же действия, что и настоящая программа входа в систему, например, запрашивая имя и пароль пользователя, после чего полученные сведения посылаются на ложный объект, а пользователю выводится сообщение об ошибке.

При этом пользователь, посчитав, что он неправильно ввел пароль (пароль обычно не отображается на экране), снова запустит программу подключения к системе (на этот раз настоящую) и со второго раза получит доступ. Результат такой атаки — имя и п^юль пользователя, сохраненные на ложном объекте.

Отказ в обслуживании

Сетевая операционная система функционирует на каждом из объектов распределенной информационной системы. Одной из основных задач, возлагаемых на нее, является обеспечение надежного удаленного доступа с любого объекта сети к данному объекту. В общем случае в мультисервисной сети каждый субъект системы должен иметь возможность подключиться к любому объекту сети й получить в соответствии со своими правами удаленный доступ к его ресурсам. Обычно в вычислительных сетях возможность предоставления удаленного доступа реализуется следующим образом: на объекте сети в среде сетевой операционной системы запускаются на выполнение ряд программ-серверов (например, FTP-сервер, WWW-сервер и т.п.), предоставляющих удаленный доступ к ресурсам данного объекта.

Программы-серверы входят в состав телекоммуникационных служб предоставления удаленного доступа. Задача сервера состоит в том, чтобы, находясь в памяти операционной системы объекта сети, постоянно ожидать получения запроса на подключение от удаленного объекта. В случае получения подобного запроса сервер должен по возможности передать на запросивший объект ответ, в котором либо разрешить подключение, либо нет. По аналогичной схеме происходит создание виртуального канала связи, по которому обычно взаимодействуют объекты сети. В этом случае непосредственно система сетевого управления обрабатывает приходящие извне запросы на создание виртуального канала и передает их в соответствии с идентификатором запроса (порт или сокет) прикладному процессу, которым является соответствующий сервер.

Очевидно, что система способна иметь только ограниченное число открытых виртуальных соединений и отвечать лишь на ограниченное число запросов. Эти ограничения зависят от различных параметров системы в целом, основными из которых являются быстродействие серверов сетевых приложений, объем их оперативной памяти и пропускная способность канала связи (чем она выше, тем больше число возможных запросов в единицу времени).

Основная проблема состоит в том, что при отсутствии статической ключевой информации в мультисервисной сети, идентификация запроса возможна только по адресу его отправителя.

Если в мультисервисной сети не предусмотрено средств аутентификации адреса отправителя, то есть инфраструктура сети позволяет с одного объекта системы передавать на другой атакуемый объект бесконечное число анонимных запросов на подключение от имени других объектов, то в этом случае будет иметь успех удаленная атака типа «Отказ в обслуживании». Результат применения этой удаленной атаки — нарушение на атакованном объекте работоспособности соответствующей службы предоставления доступа, то есть невозможность получения доступа с других объектов сети, то есть отказ в обслуживании!

Другая разновидность этой типовой удаленной атаки состоит в передаче с одного адреса такого количества запросов на атакуемый объект, какое позволит трафик (направленный «шторм» запросов). Если в системе не предусмотрены правила, ограничивающие число принимаемых запросов с одного объекта (адреса) в единицу времени, то результатом этой атаки может являться как переполнение очереди запросов и отказа одной из телекоммуникационных служб, так и полная остановка компьютера из-за невозможности системы заниматься ничем другим, кроме обработки запросов.

Третьей разновидностью атаки «Отказ в обслуживании» является передача на атакуемый объект некорректного, специально подобранного запроса. В этом случае при наличии ошибок в удаленной системе возможно зацикливание процедуры обработки запроса, переполнение буфера с последующим зависанием системы.

Атака «Отказ в обслуживании» является активным воздействием, осуществляемым с целью нарушения работоспособности системы, безусловно, относительно цели атаки. Она является воздействием без обратной связи, как межсегментным, так и внутрисегментным, осуществляемым на транспортном и прикладном уровнях модели OSI.

Уязвимость на сетевых урошях модели ISO

В соответствии с доктриной информационной безопасности РФ: «Угрозами безопасности информационных систем и телекоммуникационных средств, как уже развернутых, так и создаваемых на территории России, могут явлэться:

противоправные сбор и использование информации;

нарушения технологии обработки информации;

внедрение в аппаратные и программные изделия компонентов, реализующих функции, не предусмотренные документаиие访 на эти изделия;

разработка и распространение программ, нарушающих нормальное функционирование информационных и информационно-телекоммуникационных систем, в том числе систем защиты информации;

уничтожение, пощюждение, радиоэлектронное подавление или разрушение средств и систем обработки информации, телекоммуникации и связи;

возде访ствне на парольно-ключевые системы зашиты автоматизированных систем обработки и передачи информации;

компрометация ключей и средств криптографической защиты информации;

утечка информации по техническим каналам;

внедрение электронных устройств для перехвата информации в технические средства обработки, хранения и передачи информации по каналам связи, а также в служебные помещения органов государственной власти, предприятий, учреждений и организаций, независимо от формы собственности;

уничтожение, повреждение, разрушение или хищение машинных и других носителей информации;

перехват информации в сетях передачи данных и на линиях связи, дешифрование этой информации и навязывание ложной информации;

использование несертифицированных отечественных и зарубежных информационных технологий, средств защиты информации, средств информатизации, телекоммуникации и связи при создании и развитии российской информационной инфраструктуры;

несанкционированный доступ к информации, находящейся в банках и базах данных;

нарушение законных ограничений на распространение информации.

Основными угрозами информационной безопасности Российской Федерации в общегосударственных информационных и телекоммуникационных системах являются:

деятельность специальных служб иностранных государств, преступных сообществ, организаций и групп, противозаконная деятельность отдельных лиц, направленная на получение несанкционированного доступа к информации и осуществление контроля функционирования информационных и телекоммуникационных систем;

вынужденное в силу объективного отставания отечественной промышленности использование при создании и развитии информационных и телекоммуникационных систем импортных программноаппаратных средств;

нарушение установленного регламента сбора, обработки и передачи информации, преднамеренные действия и ошибки персонала информационных и телекоммуникационных систем, отказ" технических средств и сбои программного обеспечения в информационных и телекоммуникационных системах;

использование несертифицированных в соответствии с требованиями безопасности средств и систем информатизации и связи, а также средств защиты информации и контроля их эффективности;

привлечение к работам по созданию, развитию и защите информационных и телекоммуникационных систем организаций и фирм, не имеющих государственных лицензий на осуществление этих видов деятельности».

Стандарт ISO 7498 описывает взаимодействие открытых систем (OSI) и рассматривает эталонную семиуровневую модель, позволяющую описать функции, заложенные в сетевой протокол или программу.

Open Systems Interconnection (OSI) Reference Model

Рис. 8・ Семиуровневая модель ISO

Главах. Защита от мошенничест1в и нвсанкционироааиного доступа ■ мульгасерсисных сетях

вынужденное в силу объективного отставания отечественной промышленности использование при создании и развитии информационных и телекоммуникационных систем импортных программкоаппаратных средств;

нарушение установленного регламента сбора, обработки и передачи информации, преднамеренные действия и ошибки персонала информационных и телекоммуникационных систем, отказ технических средств и сбои программного обеспечения в информационных и телекоммуникационных системах;

использование несертифицированных в соответствии с требованиями безопасности средств и систем информатизации и связи, а также средств зашиты информации и контроля их эффективности;

привлечение к работам по созданию, развитию и защите информационных и телекоммуникационных систем организаций и фирм, не имеющих гос)щарственных лицензий на осуществление этих видов деятельности».

Стандарт ISO 7498 описывает взаимодействие открытых систем (OSI) и рассматривает эталонную семиуровневую модель, позволяющую описать функции, заложенные в сетевой протокол или программу.

Реализация любых угроз сетевой безопасности в виде атак, сопряжена с активными действиями в мультисервисной сети. Для лучшего понимания предпосылок и механизмов сетевых атак они могут быть спроецированы на уровне эталонной модели. При этом наглядно можно показать уязвимость сети на том или ином уровне модели ISO и общие принципы построения систем безопасное™ мультисервисных сетей.

Первый сетевой уровень

Этот уровень осуществляет физическое управление. Он имеет дело с физическими, электрическими, функциональными и процедурными характеристиками для установления, поддержания и разрыва физического соединения на уровне битового потока.

Первый уровень сетевой модели ISO зависит от среды доставки физических сигналов (медные провода, оптические волокна или эфир) и не оказывает существенного влияния на защиту более высокого уровня.

Вторжение на первом уровне позволяет получить доступ к битовому потоку, доставляемому по физическому тракту и обойти все линии обороны верхнего уровня за счет имитации физической активности терминированного сетевого порта. Для каждой из сред доставки существуют свои приемы вторжения и несанкционированного доступа.

Медные провода — это среда, используется операторами более 100 лет. Пожалуй, наиболее фундаментальным достижением, в области кабельной инфраструктуры, стало распространение открытых структурированных кабельных систем (СКС) и сложившаяся практика прокладки в кабель-проводах большого количества идущих параллельно кабелей. Простота доступа к данным, широкое распространение компьютеров и систем хранения информации снизили уровень безопасности и конфиденциальности данных.

Существует масса приемов внедрения в кабель как контактные с прямым подключением к проводам, за счет их разрыва, или параллельно, с помощью щупов и иных средств установления контакта; или бесконтактно, используя метод наведенных ЭДС с помощью индукционных полей.

Самым простым способом съема телефонной информации является простое параллельное подключение к телефону другого телеаппарата либо устройства заменяющего его функции. Подключение может произойти на любом участке телефонной линии вплоть до АТС. Данный метод подключения сравнительно легко обнаружить, поскольку такое подключение к телефонной линии сопровождается понижением в ней напряжения, что может быть обнаружено простейшими индикаторами.

Для того, чтобы устройство съема не вносило изменений в электрические параметры прослушиваемой линии, его подключают через какой-либо высокоомный каскад. В данном случае обнаружить подключение к телефон-

ной линии практически невозможно, и единственно действенным способом борьбы с «прослушкой» является скремблирование телефонной информации.

Следующим способом съема информации является индукционный съем с телефонной линии. Как известно по телефонной линии протекает электрический ток, который может наводить электродвижущую силу (сигнал) в катушке, являющейся в данном случае зондом, устройства съема телефонной информации. Съем информации производится без повреждения изоляции телефонной линии и является полностью пассивным устройством. То есть обнаружить подключение к телефонной линии становится практически невозможным и единственным способом борьбы в этом случае также остается скремблер.

Если регистрация снятой информации не производится непосредственно в месте съема (путем прослушивания или записи на диктофон), то она передается либо по радиоканалу, либо по лазерному каналу связи. В качестве канала связи может использоваться и сама телефонная линия (принцип низкочастотного уплотнения канала). Если в качестве передачи снятой информации используется радиоканал, то такой «жучок» является, фактически, радиопередатчиком. Запитывается такое устройство либо автономно от своего источника питания, либо напрямую от телефонной линии. Прием информации' осуществляется на специальное приемное устройство — сканирующий приемник.

Вследствие излучения сигналов и наведения этих сигналов в линиях связи, в цепях электропитания и заземления, а также других коммуникациях, могут возникать каналы утечки информации. Информативные сигналы могут распространяться на большие расстояния и регистрироваться специальными средствами за пределами контролируемой территории.

Перехват данных, передаваемых по двухпроводной телефонной линии или линии Ю/lOOBase-T на неэкранированной витой паре между файл-серверами, рабочими станциями и принтерами, можно легко осуществить вообще без всякого физического подсоединения к сети — установив антенну неподалеку от кабеля. Подслушивающему злоумышленнику понадобятся лишь приемник радиосигналов, электроника для их обработки и портативный компьютер. Дело в том, что сетевой кабель — если только он не является идеально согласованным и нагруженным — представляет собой передающую антенну. Перехват данных таким способом возможен на расстоянии от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров, и в большинстве случаев обнаружить его совершенно невозможно.

Многие сетевые администраторы и разработчики систем полагают, что при передаче информационных пакетов в мультисервисной сети возникает случайный набор отдельных сигналов. Если еще учесть возможность одновременной передачи информации от множества абонентов, то может сложиться етечатле- ние, что посторонний вряд ли сумеет разобраться в этой мешанине сигналов.

На деле все обстоит иначе, любой бесконфликтно переданный пакет имеет в сети полное преимущество в течение времени его передачи. Таким образом, с точки зрения анализа полученной информации, он может считаться полноценным, а значит, его радиочастотный сигнал легко восстановить.

Несмотря на кажущийся «хаос» сигналов в коммутируемых мультисервисных сетях при одновременной работе множества сегментов (или самоглу- шении), перехваченная информация все же может быть расшифрована различными способами: простым амплитудным и поляризационным разделением радиосигналов, излучаемых различными сегментами сети или специальной обработкой сигналов с помощью радиоприемной аппаратуры. Даже неискушенный компьютерный взломщик способен дождаться момента, когда уровень трафика в сети невысок, а следовательно, излучается мало радиосигналов, заглушающих друг друга. Важно отметить, что основная часть действий по управлению сетью осуществляется именно в периоды затишья, поэтому перехваченная в это время информация может оказаться весьма ценной для злоумышленника — например, если в ней будет содержаться пароль с высоким приоритетом доступа к сети.

Системы радиодоступа мультисервисной сети. К ним относятся мобильные сети связи и сети фиксированной радиосвязи, работающие по принципу «точка—много точек». Принцип передачи информации в таких системах основан на излучении в эфир радиосигнала, поэтому любой человек, настроив соответствующее радиоприемное устройство, может «подслушать» информационный поток.

Более совершенны с точки зрения защиты информации цифровые системы, передающие информацию в виде цифрового кода. Однако, используемый в них алгоритм шифрования может быть вскрыт опытным специалистом с помощью персонального компьютера. Что касается цифровых кодов, набираемых на клавиатуре цифрового сотового телефона, например, телефонные номера, номера кредитных карточек или персональные идентификационные номера PIN, то они могут быть легко перехвачены с помощью того же цифрового сканера.

Среда радио-Ethernet также является слабо защищенной от несанкционированного доступа в сеть. Прослушивание ее слабо отличается от прослушивания паразитного электромагнитного излучения проводной инфраструктуры и сетевых устройств.

В случае систем сотовой связи абонент может, во время сеанса связи, поменять соту, в которой находится, следовательно, и рабочую частоту. Да и сама база может переключить своих абонентов на другие частоты по техническим причинам. Поэтому отследить разговор полностью от начала до конца зачастую невозможно. Кроме того, базовая станция и мобильный телефон имеют набор частот, на которых они, в принципе, могут связаться, следовательно, и конкретную начальную частоту связи в каждом сеансе предугадать практически невозможно.

И все же, при использовании электронного частотомера вблизи мобильного телефона (в радиусе нескольких метров) реально осуществлять измерение рабочей частоты и подстройку сканера на необходимый канал связи. Известно также и о существовании аппаратуры слежения за конкретным абонентским номером мобильного телефона. Но эта аппаратура весьма дорогостояща и ее широкое использование в целях несанкционированного съема телефонной информации вряд ли возможно.

Из-за конструктивных особенностей сотового радиотелефона зашифровать канал радиосвязи при помощи дополнительного скремблера не представляется возможным. И основным защитным средством является отказ от ведения важных переговоров по сотовому телефону. В стандартах GSM и DAMPS производится цифровая передача речи. Общетехнические принципы работы абонентского терминала и базового оборудования в целом подобны работе аналогичного оборудования стандарта NMT 450i. Цифровой сигнал, проходящий в радиоканале, предварительно подвергается криптографической кодировке.

По рекламным заявлениям операторов связи данных стандартов, алгоритм криптографической обработки сигналов обладает высокой стойкостью. Но получить точную техническую информацию по этому поводу не представляется возможным. Тем не менее, можно сделать вывод о достаточной надежности конфиденциальных переговоров по сотовой связи. По крайней мере, для расшифровки таких переговоров необходимо затратить значительные финансовые и интеллектуальные ресурсы, что, скорее всего, и остановит желающих несанкционированно снять информацию, которая к тому же может не окупить расходов на ее получение.

Перехват радиоизлучения в широкополосных системах множественного доступа более затруднен. Особенно это проявляется, если применяется подслушивание не только симплексного канала от ретранслятора (спутника или базовой станции), но требуется анализ полного дуплекса. При этом необходим анализ взаимодействия абонента с системой радиодоступа, что затруднено, так как обычно антенны абонентского комплекта радиотерминала имеют острую направленность. Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности для них составляет всего несколько градусов.

В широкополосных системах применяются различные системы частотного, временного или кодового уплотнения. При этом возможно повышение защищенности за счет понижения суммарной пропускной способности системы и использования части эфирных ресурсов на изменение управляемого параметра канала по случайному закону. Применяются скачки частоты, сдвиг по времени или занимаемый тайм-слот, смена ШПС-последователь- ности. Это приводит к появлению в эфире шумоподобных сигналов, перехват которых требует дорогостоящего оборудования панорамного сканирования. Помимо этого возникают серьезные проблемы синхронизации с информационным потоком в реальном масштабе времени, согласования по

типу поляризации и попадания в рабочую зону диаграмм направленности не только секторных антенн базовой станции, но и абонентского радиотерминала с игольчатой диаграммой.

Оптические системы. Открытые оптические линии работают по принципу «точка—точка» и имеют очень остронаправленные диаграммы, поэтому реплицировать сигнал можно только с помощью полупрозрачного зеркала, что существенно снизит энергетический баланс сети и заметно ухудшит качество связи. Очевидно, вторжение такого рода нецелесообразно. Его легко обнаружат и пресекут. Поэтому основное внимание целесообразно уделить оптической кабельной инфраструктуре.

Многие специалисты по безопасности считают оптические кабельные системы самыми безопасными по критериям защищенности. Однако, их применение может усыпить бдительность и привести к тому, что будет упущен вопрос защиты от паразитных электромагнитных излучений активных сетевых ресурсов (в этом случае иногда заземленный экранированный кабель эффективнее) или не будет достаточно проработан вопрос внедрения в оптический кабель. Дело в том, что для прослушивания оптического волокна далеко не всегда необходимо его разрывать и разделывать. Ведь для ответвления оптического потока достаточно изогнуть соответствующее волокно и снять сигнал на фотоприемник.

Безусловно, применение частотного уплотнения в оптических системах или кабелей с большим количеством волокон или броней существенно усложняет задачу злоумышленника, но не исключает такую угрозу.

Второй уровень сетевой модели ISO

Этот уровень относится к пересылке фреймов данных по физическому звену связи и отвечает за управление каналом (звеном). При этом необходима процедура управления физическим звеном связи, которая специфицирует головное и хвостовое обрамдение передаваемых блоков и определяет протокол обмена этими блоками.

На этом уровне присутствуют сообщения об ошибках, топология сети и команды управления прохождением пакетов, а также контроль Media Access Control (МАС) адресов портов физического звена, локализованный на уровне данного физического звена. Обычно контроль осуществляется локально и при переходе к верхнему узлу сети (например, узлу агрегирования) информация о МАС-адресе теряется. При этом каждый порт узла мультисервисной сети соответствует своему VLAN и абонентские порты исключаются из VLAN-системы управления. Помимо этого каждый порт может быть соотнесен со своей группой МАС-адресов.

Можно вынести контроль МАС-адресации за пределы конкретного узла и централизовать этот процесс в соответствующем сегменте сети. В 1Р-тех-

2ao

нологии используется Reverse Address Resolution Protocol (RARP) для установления соответствия между МАС и IP-ад^есами, соответствующими RARP и ARP (в пределах общей подсети) серверами.

Применительно к операторской деятельности, у абонента довольно часто может меняться терминал и, следовательно, МАС^адрес. При этом построение системы сетевой идентификации на МАС-адресах оказывается не очень удобным. Причина неудобства кроется в больших эксплуатационных и накладных расходах (частые изменения в конфигурации абонентских терминалов, требуют выполнения дополнительных операций), а также в неопределенности дайтаграммной маршрутизации, обусловленной тем, что МАС-адреса устройств, находящихся в других сегментах сети, Соотносятся с соответствующим МАС-адресом маршрутизатора.

Управление сетью и адресация в ней

Уровень относится к виртуальной цепи, иногда называемой логической цепью или логическим соединением. Это воображаемая цепь. Она не обязана существовать физически, но, благодаря этому уровню, вышележащие уровни могут действовать так, как будто оно существует.

В сетях передачи данных на этом уровне используются IP-пакеты, и определяются все VLAN и VPN мультисервисной сети. Меры безопасности Security Association (SA) в концепции IPSek имеют две модификации: транспортную и туннельную.

Обе моды решают задачу виртуализации канала на уровне сетевых узлон. В случае VLAN трафик каждой виртуальной сети направляется маршрутизатором в подсети агрегирования услуг и информационных ресурсов и при необходимости в подсети других абонентов с контролем траектории и полномочий доступа.

Применительно к VPN используется туннельная мода и различные режимы криптозащиты, что требует дополнительного процессинга и управления.

Узлы мультисервисной сети на этом уровне представляются для злоумышленников как инструмент маршрутизации сетевого трафика, либо как необходимый компонент работоспособности сети (для DoS-атак).

В отношении первой цели получение доступа к таблице маршрутизации позволяет изменить путь потока возможно конфиденциальной информации в интересующую злоумышленника сторону. Внести эти изменения может либо непосредственно администратор, либо злоумышленник, если он каким-либо способом получил права администратора (чаще всего узнал пароль администратора или воспользовался несмененным паролем по умолчанию). В этом плане возможность удаленного управления устройствами коммутации (не соотнесенного с конкретными портами сети, доступными только администратору) не всегда благо (получить физический доступ к устройству, управляемому только через физический порт, гораздо слржнее).

Возможен еще один путь изменения таблицы маршрутизации — он основан на динамической маршрутизации пакетов, включенной на многих узлах коммутации. Сетевое устройство, в таком режиме, определяет наиболее выгодный путь отправки конкретного пакета, основываясь на истории прихода определенных служебных пакетов сети ——сообщений маршрутизации (протоколы ARP, RIP и другие). В случае фальсификации по определенным законам нескольких подобных служебных пакетов можно добиться того, что устройство начнет отправлять пакеты по пути, интересующем злоумышленника, думая, что это и есть самый быстрый путь к пункту назначения.

При атаке «отказ в сервисе» злоумышленник обычно заставляет узел коммутации либо передавать сообщения по неверному «тупиковому» пути (как этого можно добиться мы рассмотрели выше), либо вообще перестать передавать сообщения. Для достижения второй цели обычно используют ошибки в программном обеспечении, запущенном на самом маршрутизаторе, с целью его «зависания». Так, например, совсем недавно было обнаружено, что целый модельный ряд маршрутизаторов одной известной фирмы при поступлении на его IP-адрес довольно небольшого потока неправильных пакетов протокола TCP либо перестает передавать все остальные пакеты до тех пор, пока атака не прекратится, либо вообще зацикливается.

Сервера приложений также являются объектами атак злоумышленников. Все возможные цели атак злоумышленников на сервера приложений можно классифицировать как:

получение доступа к информации;

получение несанкционированного доступа к услугам;

попытка вывода из рабочего режима определенного класса услуг;

попытка изменения информации или услуг, как вспомогательный этап какой-либо более крупной атаки.

Попытки получения доступа к информации, находящейся на сервере, в принципе ничем не отличаются от подобных попыток для рабочих станций. Основным средством подобных атак до сих пор остаются «троянские» программы. Они по своей структуре очень напоминают компьютерные вирусы, однако при попадании в компьютер, стараются вести себя как можно незаметнее. Основной целью работы подобных программ является разрушение системы сетевой защиты станции изнутри ——пробивание в ней огромной бреши.

В случаях, когда вирус или троянская программа пишется с целью получения доступа к конкретному приложению или корпоративной сети, то она, практически, с вероятностью 90% не будет обнаружена стандартным антивирусным ПО.

Проблема получения несанкционированного доступа к услугам принимает чрезвычайно разнообразные формы и основывается в основном на ошибках или недокументированных возможностях самого программного обеспечения, предоставляющего подобные услуги.

А вот проблема вывода из строя (нарушения нормального функционирования) сервисов довольно актуальна в современном компьютерном мире.

Изменение информации или услуг как часть крупномасштабной атаки является также очень важной проблемой в защите серверов. Если на сервере хранятся пароли пользователей или какие-либо данные, которые могут позволить злоумышленнику, изменив их, войти в систему (например, сертификаты ключей), то, естественно, сама атака на систему начнется с атаки на подобный сервер. В качестве серверов услуг, наиболее часто подвергающимся модификации, следует назвать DNS-сервера.

Служба доменных имен или DNS-служба (от английского словосочетания Domain Name System) в сетях Intra- и Inter-Net отвечает за сопоставление «произносимых» и легко запоминаемых доменных имен (например, www.yandex.ru или www.vinco-t.com) к их IP-адресам (например, 165.130.17.201 или 194.196.116.24). Пакеты между станциями всегда передаются только на основании IP-адресов (маршрутизаторы, при выборе направления отправки пакета, ориентируются только на их значения, при этом доменное имя вообще не включается в отправляемый пакет). Служба DNS была создана в основном для удобства пользователей сети. Как следствие и во многих сетевых программах имя удаленного компьютера для большей гибкости или для удобства операторов заносится не в виде 4-байтного IP- адреса, а в виде доменного имени. Да, действительно, два указанных преимущества будут достигнуты в этом случае, а вот безопасность пострадает.

Дело в том, что, если злоумышленнику удастся заполучить права доступа к DNS-серверу, обслуживающему данный участок сети, то он вполне может изменить программу DNS-сервиса. Обычно изменение делается таким образом, чтобы по некоторым видам запросов вместо правильного IP-адреса клиенту выдавался IP-адрес какой-либо вспомогательной машины злоумышленника, а все остальные запросы обрабатывались корректно. Это дает возможность изменять путь прохождения трафика, который возможно содержит конфиденциальную информацию. То есть делать так, что весь поток информации, который в нормальном режиме прошел бы вне досягаемости от прослушивания, теперь поступал сначала прямо в руки злоумышленника, а затем его уже можно переправлять по настоящему IP- адресу второго абонента.

Управление сквозной транспортировкойтрафика TCP/IP

Уровень управления сквозной транспортировкой имеет дело со сквозным взаимодействием между процессами пользователей. На основе протоколов TCP/UDP осуществляется управление целостностью во избежание потери или двукратной обработки транзакций.

Протокол Transmission Control Protocol (TCP) использует протоколы различных служб Интернета: FTP, HTTP, POP/SMTP, Usenet, Telnet, DNS. Он характеризуется как протокол:

ориентированный на соединение;

надежный;

разделяющий поток сообщений на сегменты;

собирающий сообщения у адресата;

пересылающий все не корректно прошедшие пакеты;

собирающий исходящие сообщения сегмента.

Протокол User Datagram Protocol (UDP) используется для целого ряда служб Интернет: TFTP, SNMP, DHCP, DNS (Domain Name System). Этот протокол имеет недостаток с точки зрения безопасности, так как он не обеспечивает программную проверку родительского сегмента. Его специфика заключается в том, что он не ориентирован на соединение, обладает низкой надежностью и предназначен для пересылки сообщений.

На этом уровне сетевой модели атаки направлены на:

перехват трафика TCP и, в первую очередь, UDP для дальнейшей расшифровки управляющих команд сетевых устройств;

подмену IP-адреса;

эмуляцию исходящего трафика с любого из IP-адресов или управление им.

Сканирование портов дает возможность взломщику узнать, какие сервисы доступны в сети и^о какому именно адресу.

Казалось бы, если в сети установлен межсетевой экран (firewall), контролиру-

Рис. 9. Связь различных сетевых сервисов и служб с нумерацией портов, используемых для связи между транспортным и прикладным уровнями

Например, межсетевой экран (МЭ) не способен защитить от пользователей, прошедших аутентификацию. А квалифицированному злоумышленнику не составляет труда украсть идентификатор и пароль авторизованного пользователя. Кроме того, межсетевой экран не только не защищает от проникновения в сеть через модем или иные удаленные точки доступа, но и не может обнаружить такого злоумышленника.

Троянские программы, которые постоянно обеспечивают доступ к зараженному компьютеру, а следовательно, держат на нем открытый порт какого- либо транспортного протокола, можно обнаруживать с помощью утилит контроля сетевых портов на транспортном уровне. На сегодняшний день существует уже несколько программных продуктов, производящих подобный контроль автоматически.

В отношении троянских программ, которые не держат постоянно открытых транспортных портов, а просто методически пересылают на сервер злоумышленника какую-либо информацию (например, файлы паролей или полную копию текста, набираемого с клавиатуры), возможен только сетевой мониторинг. Это достаточно сложная задача, требующая либо участия квалифицированного сотрудника, либо громоздкой системы принятия решений.

Поэтому наиболее простой путь, надежно защищающий как от компьютерных вирусов, так и от троянских программ — это установка на каждой рабочей станции программ контроля изменений в системных файлах и служебных областях данных (реестре, загрузочных областях дисков, и т,п.)— так называемых адвизоров (англ, adviser — уведомитель).

Угроза управлению сеансом соединения

Уровень поддерживает стандарты процессов установления сеанса между сетевыми процессами и их завершениями. Сеансы взаимодействия между процессами в основном порождаются:

обращениями к файловой структуре сети (NFS)Network File System;

структурированными запросами в информационные системы сети (SQL)Structured Query Language;

другими сетевыми процессами (RPC)Remote Procedure Call;

сетевыми терминалами X-Window System;

(ASP)^pple Talk Session Protocol;

DNA (Digital Network Architecture);

(SCP) Session Control Protocol.

Для этого уровня характерны атаки в виде внедрения различных:

резидентных вирусов, которые перегружают процессор и снижают его производительность для проведения внешней атаки, перегружают сеть, перегружают заданные порты (например, управляющие) или выпол-

няют любой другой алгоритм на уровне различных частей операционной системы над или под вектором прерывания;

троянских коней — программ, направленных на захват ресурсов компьютера и дистанционное управление ими, кражу коммерческой информации или подмену ее;

червей — программы, мигрирующие от узла к узлу сети и являющиеся гибридом временной бомбы и троянского коня или резидентного вируса, способные репродуцироваться и распространяться по сети от компьютера к компьютеру.

Все они размещаются в оперативной памяти или маскируются на жестких носителях серверов или иных сетевых ресурсов.

В качестве профилактических мер предотвращения подобных атак используются различные антивирусные программы. Резидентные программы, непрерывно контролируют действия системы и выявляют нестандартные обращение к сетевым или компьютерным ресурсам. Периодически активируемые программы, анализируют файловую систему на наличие инкапсуляций фрагментов инородного кода.

Несмотря на то, что все виды вторжения, размещения и активации паразитных программ, систематизированы, по мере усложнения программного обеспечения, увеличивается число неисследованных и нестандартных ситуаций. Эти ситуации способны перевести лицензионно чистое программное обеспечение в нештатный или не полностью контролируемый режим. Только грамотная многоуровневая организация системы сетевой безопасности и вирусной защиты может понизить вероятность несанкционированного доступа до приемлемого уровня.

Управление представлением

Этот уровень отвечает за кодировку данных и способы их представления в процессе сетевых сеансов:

форматирование данных (txt, doc, git tiff, jpeg, html, pdf и т.п.);

криптозащита данных (симметричная или с открытым ключом);

сжатие данных (zip, RAR, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4).

Функция форматирования данных ——это основная лазейка для внедрения исполнимых кодов в Windows-системы. Запуск соответствующих приложений разрешает доступ к реестру и запуск из него исполнимого кода. Этот код зашивается в тело текстовых или графических файлов с расширениями: txt, doc, pdf, jpeg, и т.п. Эти агрегаты данных являются контейнерами для доставки паразитных программ и внедрения в легальные информационные потоки на 5 сетевом уровне.

На этом уровне наибольший интерес для злоумышленников представляет получение ключа криптозащиты для дешифровки данных. В случае симметричного ключа, его пытаются перехватить на локальном ресурсе в момент применения кодировки или декодировки с помощью паразитных программ. Так как открытый ключ используется лишь один раз, перехват его не интересен. В этом случае объектом атаки является сервер эталонных ключей. Обычно он надежно защищен соответствующей службой. Но, как известно, защита надежна до тех пор пока цена ее преодоления превышает стоимость похищаемой информации. В противном случае, всегда находится профессионал, способный получить несанкционированный доступ к коммерческой информации.

Традиционные причины ненадежности криптографических программ заключаются в:

невозможности применения криптостойких алгоритмов из-за ограничений бюджета;

ошибках в реализации криптоалгоритмов, не выявленные на стадии проектирования и сертификации. Они проявляются при попытке обобщить решение на приложения более высокой степени защиты, без должной сертификации. Например, реализация хэш-функции в MS LAN Manager недостаточно продумана, в то время как криптостойкая хэш-функция ciypt(), используемая в UNIX и основанная на DES- алгоритмах, не допускает легкого построения коллизий и, следовательно, удовлетворяет более жестким требованиям по защищенности;

неправильное применение криптоалгоритмов (неадекватная решаемой задаче длина пароля, малый период и коррелированносгь генерируемой псевдослучайной последовательности, отсутствие проверки на слабые ключи или недостаточный контроль на наличие паразитных прохрамм (вирусы, трояны или черви) и различных закладок, выявляемых только на стадии сертификации по соответствующему классу защищенности);

человеческий фактор.

Из-за этих причин имелись или имеются проблемы в безопасности у всех классов программных продуктов, использующих криптоалгоритмы: операционные системы, клиент-серверные приложения, поддерживающие криптопротоколы, а также пользовательские утилиты шифрования и популярные архиваторы.

Какими бы быстрыми не были применяемые криптографические алгоритмы, пропускная способность системы с поддержкой шифрования всегда будет меньше (обычно в несколько раз), чем системы без шифрования — т.к. пакеты нужно зашифровывать и расшифровывать. Злоумышленник может применить атаку типа DoS на основе шторма запросов «псевдошиф- рованными» запросами. Даже в случае, когда криптографические алгоритмы вполне совершенны, злоумышленник не может раскрыть алгоритм

шифрования и подделать зашифрованный пакет так, чтобы он воспринимался как правильный, он вполне может подделать пакет так, чтобы он проходил первую (быструю) проверку《по внешнему виду» и поступал бы в процедуру дешифрирования^ При этом, пакет может быть отвергнут толь- ко после расшифровки.

Необходимость дополнительного вычислительного ресурса для обработки паразитного трафика приводит к тому, что система сможет обрабатывать значительно меньше запросов в секунду, чем требуется в штатном режиме. Снижение производительности, которое может достигать 2 порядков, то есть падение производительности в сотни раз, вполне может привести к тому, что будет реализована атака типа DoS — «Отказ в обслуживании».

4.в. Меры сетевой безопасностина различных уровнях модели ISO

Анализ угроз сетевой безопасности показал, что они существуют на каждом уровне сетевой модели ISO. Следовательно, необходимы и меры противодействия злоумышленникам и предотвращения угроз несанкционированного доступа к услугам или информации в мультисервисной сети. Анализ мер противодействия сетевым атакам и их профилактики на каждом из уровней сетевой модели позволит более эффективно выработать политику многоуровневой безопасности мультисервисной сети.

Первый сетевой уровень

Медная инфраструктура. Экранирование кабелей можно рассматривать как основной способ защиты данных, а шифрование — как вторичную меру, необходимую лишь в отдельных случаях. Однако установка экранированного кабеля — это еще не все. Требуется обеспечить максимально возможную степень согласования экранированных элементов, поэтому экранирование должно затрагивать также соединительные кабели и разъемы. При установке экранированных кабелей необходимо тщательно следить за радиусами изгиба кабелей и стремиться минимизировать раскрутку витой пары в местах подключения нагрузки, чтобы сохранить согласование между витыми парами после прокладки и подключения линии.

Используя СКС, можно обеспечить меньший уровень излучений — по сравнению не только с неэкранированными, но даже с оптоволоконными системами. Этого можно добиться главным образом потому, что корректно заземленная линия позволяет избавиться также от радиоизлучений сетевых интерфейсных плат и портов концентраторов.

Кроме того, экранированные линии позволяют повысить безопасность и надежность сети. Экранированные системы гораздо более устойчивы к внешним

радиочастотным полям, которые могут иметь «естественное» происхождение (например, если их создает мобильный телефон, работающий в стшцарте GSM, радиопередатчик или портативный радиоприемник) или создаваться намеренно, с целью нарушения работы сети. Обе эти разновидности радиочастотных полей таят в себе потешщальную опасность для любой активно дейст^ющей сети, тем более, что их источники невозможно обнаружить.

Помимо этого, существуют специальные кабели в защищенном исполнении. Они не только экранируют излучение, но и предусматривают контроль несанкционированного внедрения в кабель по всей его протяженности. Для решения этой задачи используются защитные оболочки с измененным давлением или иными параметрами среды, которые не только детектируют сам факт нарушения оболочки кабеля, но и позволяют локализовать вторжение для принятия необходимых мер по пресечению атаки.

Бесвфоводные системы используют для доставки трафика в эфир. Повышение безопасности таких систем заключается в минимизации вероятности прослушивания злоумышленниками каналов беспроводного доступа. В случае оптических систем скрытность достигается использованием инфракрасного диапазона и острой направленностью излучающей системы. Для радиодиапазона до недавнего времени использовались системы со случайными скачками несущей или шумоподобными сигналами под уровнем шума, использующими ШПС- последовательности. В любом случае, защита конфиденциальности нуждается в дополнительных ресурсах пропускной способности.

Коммерческая информация может представлять не меньшую ценность, чем государственная тайна, поэтому многие решения, применяемые службами правительственной связи, заимствуются в системы сетевой безопасности мультисервисных сетей.

В конце прошлого века появились сверхширокополосные системы с шумоподобными сигналами без несущей. Такие сигналы построены на излучении последовательностей наносекундных электромагнитных импульсов. Эти системы отличаются чрезвычайно низкой спектральной плотностью излучения и практически не обнаруживаются существующими средствами радиоразведки.

Например, активность анонсированной в 1998 году компанией Time Domain (США) системы мобильной импульсной связи с поддержкой функций определения положения абонента, может быть зарегистрирована традиционными средствами в пределах 30 метров от базовой станции при радиусе зоны покрытия до 16 км.

Импульсные сверхширокополосные системы радиопротиводействия могут использоваться для неразрушающих парализующих воздействий на цифровые системы (например, системы управления мультисервисной сетью или система видеонаблюдения и контроля доступа). Дело в том, что воздействие на цифровые системы, не защищенные от паразитных электромагнитных

излучений, в виде излучения коротких импульсов срывает их внутреннюю синхронизацию. Внешне система просто зависает и может полноценно функционировать при снятии воздействия. Поэтому, очень важно размещать центры управления жизненно важными подсистемами мультисервисных сетей в помещениях, защищенных от электромагнитных излучений, а вычислительные комплексы должны применяться в защищенном исполнении.

Оптическая ии^фаструктура является основой магистральной и агрегирующей частей мультисервисной сети и, в последнее время, все чаще применяется в абонентских окончаниях. На физическом уровне система безопасности мультисервисной сети должна контролировать целостность и параметры затухания ситмалов в кабельной инфраструктуре.

Применение рефлектографии для автоматизированной системы мониторинга оптоволоконной инфраструктуры позволяет не только контролировать параметры кабеля, но и локализовывать любые аномалии, соотнося физическую длину кабеля с топографической картой и ГИС мультисервисной сети. Мониторинг оптических сетей может проводиться как на специально выделенных в кабеле волокнах, так и на активных оптических линиях. Это обстоятельство позволяет проводить мониторинг волокон, обеспечивающих доставку конфиденциальной информации.

Даже краткосрочные изменения параметров прохождения сигнала по защищаемым волокнам будет зарегистрирована автоматизированной системой мониторинга оптоволоконной инфраструктуры мультисервисной сети, работающей в режиме непрерывного сканирования охраняемых волокон. Это обеспечивает пресечение несанкционированного доступа к оптическим волокнам в течение нескольких минут, а также расследование совершенных атак. Таким образом, с точки зрения многоуровневой системы безопасности мультисервисной сети автоматизированная система мониторинга оптической инфраструктуры оператора является неотъемлемой ее частью.

Однако, затраты на комплексную многоуровневую безопасность должны соответствовать бюджету и далеко не всегда у оператора есть возможность единовременно развернуть полный комплекс автоматизации своей деятельности. Поэтому представляют интерес и локальные решения, защищающие отдельные каналы.

В 90-х годах прошлого века появились решения, использующие физические свойства излучения в каналах связи. Эти системы используют физические особенности распространения электромагнитных волн оптического диапазона. Для кодирования битового потока в системах квантовой криптографии используется ортогональная поляризационная развязка. При этом для получения не одного, а двух независимых каналов на одном волокне передача ведется в двух, развернутых друг относительно друга на 45°, плоскостях. Дело в том, что ортогональную развязку электромагнитных волн давно применяют в радиосистемах и юстировка таких систем основана на максимизации сигнала той или иной поляризации, что позволяет злоумыш-

леннику, в случае внедрения в кабель, настроить подслушивающую систему. Смена плоскости канала по случайному закону, не известному злоумышленнику, приведет к тому, что в 50% случаев на детекторе будут регистрироваться равные сигналы и, следовательно, приниматься равновероятные решения о принятом сигнале (0 или 1). Таким образом, злоумышленнику гарантировано 25% ошибок в регистрируемом битовом потоке.

Исследования прототипов систем квантовой криптозащиты в Лос-Аламоской лаборатории ядерных исследований (США) показали их работоспособность на расстояниях до 48 км по оптоволокну и до 1 км по открытому воздуху.

В последние годы появилась физическая модель кванта в виде уединенного вихря электромагнитного поля (солитона). Эта модель позволила объяснить взаимную зависимость двух сцепленных фотонов, при которой изменение одного из них неизбежно ведет к изменению второго. Другим направлением применения этой модели является попытка использовать корпускулярные свойства солитонных решений при распространении в активных и нелинейных средах. При этом взаимное расположение солитонов в цуге электронного ключа использует принципы импульсно-кодовой модуляции и согласованной фильтрации.

Обеспечение безопасностина уровне управления каналом

Система сетевой безопасности канального уровня базируется на различных механизмах идентификации и авторизации доступа объектов и субъектов мультисервисной сети. Формирование виртуального канала может базироваться на комбинированной многоуровневой системе аутентификации с использованием паролей, проверке конфиденциальной информации идентифицируемого его электронных ключей или биометрической информации. Комбинация этих методов и, следовательно, степень защиты охраняемых объектов сети, определяются в зависимости от полномочий авторизуемого и типа сервиса, к которому он обращается.

Формирование реального или виртуального канала опирается на анализ сетевых адресов и систему управления. В случае ATM-среды управление маршрутизацией централизованное, ориентированное на установление виртуального соединения из конца в конец сети. Информация о топологии сети хранится на одном из ее узлов. Он и отвечает за прокладку всего маршрута пакетов при появлении запроса на соединение. Установленный виртуальный канал не предусматривает обработки в узлах сети выше 2-го уровня модели ISO.

В случае использования IP-технологии информация о топологии сети фрагментарно распределена между ее маршрутизаторами и хранится в их таблицах маршрутизации. При этом поддержка виртуального канала, обычно осуществляется на 3-м уровне сетевой модели, за исключением режима туннелирования трафика для VPN.

Выбор правильной политики IP-адресации позволяет существенно повысить защищенность мультисфвисной сети. Дело в том, что в защите от атак на сетевые ресурсы и информационные системы наиболее критичны широкополосные соединения. Для мультисервисных сетей, с предоставлением услуг широкополосного доступа, характерно использование фиксированных виртуальных каналов, то есть абонент может входить в сеть лишь с ограниченного и зарднее оговоренного количества портов сети в конкретных сегментах и узлах агрегирования доступа. Это особенно важно для приложений, критичных ко времени доставки трафика типа VoD и VoADSL.

Система управления сетью и меры безопасностимультисервисной сети

Обладая достаточными привилегиями в сетевой операционной системе, злоумышленник может вручную формировать IP-пакеты и передавать их по сети. Естественно, поля заголовка пакета могут быть, сформированы произвольным образом. Получив такой пакет, невозможно выяснить: откуда реально он был получен, поскольку пакеты не содержат пути их прохождения. Конечно, при назначении обратного адреса, не совпадающего с текущим IP-адресом, злоумышленник никогда не получит ответ на отосланный пакет. Поэтому дня него возможна реализация только атак без обратной связи с атакуемым объектом.

Применение продуманной мнемонической политики IP-адресации в мультисервисной сети (фиксированные IP-адреса, аналогично почтовому адресу абонента) позволяет выявить любые попытки подмены IP на основе пространственно-топологического анализа трафика. Дело в том, что все адреса мультисервисной сети четко коррелированны с ее сегментами и узлами агрегирования доступа. Поэтому появление некоррелированного IP-адреса (не соотнесенного администратбром мультисервисной сети с данным портом и маршрутом) является четким индикатором атаки 3-го уровня модели ISO.

Проблема выделения IP-адресов для доступа в Интернет может быть,решена на уровне Интернет-шлюза с помощью сервера DHCP. Он назначает абоненту свободный IP-адрес, выделенный оператором для доступа в Интернет, и службы трансляции сетевых адресов (NAT). Это решение обеспечит дополнительную защиту абонентов мультисервисной сети от атак из Интернета, так как поддержка многих сервисов Интернет может потребовать, для обеспечения прозрачности взаимодействия, трансляции не только IP-адресов, но и используемых в сеансе портов. В результате удается выявить и пресечь попытки проведения атак из вне, которые построены на использовании сервисов, недоступных по адресу абонентского компьютера. Политика безопасности мультисервисной сети может предусматривать обязательства оператора по обеспечению мер безопасности абонента. В этом случае, целесообразно регламентировать ртзмещение Интернет-ресурсов абонента в контентохранилищах и Дата-Центрах мультисервисной сети. Ис-

пользование же абонентом своего компьютера в качестве Интернет-Хоста необходимо либо категорически запретить, либо не брать оператору на себя каких-нибудь обязательств по обеспечению безопасности абонента.

Сквозной контроль транспортировкитрафика в мультисервисных сетях

Наибольшую опасность для Интранета мультисервисной сети представляют «неофициальные» (и, соответственно, незащищенные) Web-серверы. Однако, даже санкционированные и правильно установленные серверы, а также другое оборудование и программное обеспечение Интранет, потенциально уязвимы. Системные администраторы могут случайно оставить «лазейки»: при настройке таблиц маршрутизации брандмауэра, при создании приложений на HTML или при установке на сервере защиты уровня межпрограммного взаимодействия (Secure Sockets Layer).

Анализ угроз пассивных атак на уровне TCP/IP показал, что злоумышленник, используя соответствующий инструментарий, может перехватывать TCP/IP-пакеты, например, telnet-сессий и извлекать из них имена пользователей и их пароли. Такая возможность существует, поскольку TCP/IP- трафик, как правило, не шифруется. Защититься от подслушивания (sniffing) можно шифрованием TCP/IP-потока. Защита возможна при условии, что используются криптостойкие алгоритмы, например: Secure Shell ——SSH или алгоритм использования одноразовых паролей.

Другой вариант решения — использование интеллектуальных свитчей и UTP, в результате чего каждая машина получает только адресованный ей трафик.

Возможность формирования произвольных IP-пакетов, при несанкционированном получении злоумышленником соответствующего сетевого статуса, является ключевым пунктом для осуществления активных атак.

В качестве защиты от:

предсказания порядкового номера (sequence number) TCP (IP-spoofing);

десинхронизации на стадии установки соединения (IP Hijacking);

ping flooding (затопление ICMP-пакетами);

SYN flooding (затопление SYN-пакетами),

а также других атак уровня ТСРДР, можно лишь посоветовать закрыть на firewall все сервисы мультисервисной сети.

Технология брандмауэров или firewall хороша, но настраивать конфигурацию таких лриложений сложно. Если бранфйауэр нёкорре)сгно установлен или небезукоризненно обслуживается, то наверняка в системе защиты останутся лазейки.

Брандмауэры первого поколения, известные также как маршрутизаторы с фильтрацией пакетов, просто проверяют адреса отпраютеля и получателя в

проходящих пакетах TCP/IP. Пакеты проверяются по списку доступа на наличие «дружественного адреса» и, если он обнаружен, пакетам разрешается вход в сеть (в противном случае — запрещается). Эти брандмауэры служат больше средством устрашения, чем оплотом безопасности. При их использовании хакеры могут легка имитировать «дружественные адреса» (spoofing).

Следующее поколение сетевых устройств, известное также как «уполномоченные серверы» (proxy servers), было создано для решения проблемы с имитацией IP-адресов. Эта брандмауэры могут фильтровать пакеты на уровне приложений. Как «уполномоченные представители» сетевых приложений, такие брандмауэры могут связываться с запросом на доступ к приложению. Кроме того, они проверяют законность пользовательского имени, пароля и самих передаваемых данных, а не только заголовка пакета. Например, уполномоченное приложение HTML «знает», как должны выглядеть «правильные» данные HTML, и способно определить, можно ли разрешить доступ.

Брандмауэры третьего поколения используют для фильтрации специальные многоуровневые методы анализа состояния пакетов SMLT (Statefull MultiLayer Technique). В отличие от брандмауэров уровня приложений, брандмауэры на основе SMLT используют программное обеспечение для анализа данных, способное создавать мгновенную копию целого пакета. Эти брандмауэры быстро сршнивают проходящие пакеты с известным состоянием (state) «дружественных» пакетов, позволяя значительно сократить время обработки по сравнению с медленными брандмауэрами уровня приложений.

Очевидно, что для мультисервисной сети целесообразно настроить firewall так, чтобы все входящие ТСРДР-соединения устанавливал он сам, и только после этого перебрасывал их внутрь сетей приложений на соответствующий сервер.

Управление сеансом соединения

Система безопасности, на уровне контроля сеанса соединения, контролирует: ♦ деятельность пользователя в процессе его взаимодействия с информационной системой;

доступ к файлам;

изменения прав доступа к файлам;

попытки установки новых программ и/или попытки получить доступ к привилегированным сервисам.

На этом уровне контролируется вся logon- и logoff-деятельность пользователя, а также действия, выполняемые каждым пользователем при взаимодействии с соответствующим приложением. Технология обнаружения атак также предусматривает контроль деятельности, которая обычно ведется только администратором. Операционные системы регистрируют любое событие, при котором добавляются, удаляются или изменяются учетные записи пользователей. Системы безопасности этого уровня могут обнаружи-

вать соответствующее изменение сразу, как только оно происходит, практически в реальном масштабе времени. Остается лишь задержка между моментом записи операционной системой события в журнал регистрации и моментом распознавания ее системой обнаружения атак, но во многих случаях злоумышленник может быть обнаружен и остановлен прежде, чем нанесет какой-либо ущерб.

В конечном итоге системы обнаружения атак на приложения могут контролировать изменения в ключевых системных файлах или исполняемых фай^ лах. Попытки перезаписать такие файлы или инсталлировать «троянских коней» могут быть обнаружены и пресечены, при этом регистрируются атаки, осуществляемые с самого атакуемого сервера, не детектируемые на более низких уровнях модели ISO.

Система обнаружения атак на прикладном уровне обеспечивает более эффективную работу в коммутируемых сетях, т.к. размещается только на соответствующих прикладных серверах, что позволяет структурировать абонентский трафик по адресации к приложению и минимизировать обезличенный анализ всех вычислительных ресурсов сети. Она не требует дополнительных аппаратных средств в виде еще одного узла в сети, которому необходимо уделять внимание, осуществлять техническое обслуживание и управлять им.

Управление представлением и криптозащитав мультисервисных сетях

Важнейшей компонентой системы безопасности мультисервисных сетей является шифрование информации, критичной к угрозе раскрытия, которая передается по открытым или недостаточно защищенным каналам связи.

Существует масса как аппаратно-программных, так и чисто программных продуктов криптозащиты, сертифицированных ФАПСИ, от продуктов с поддержкой SSL до VPN устройств, от программных средств криптозащиты типа VIPNet до криптошлюзов «Континент — К» или «Брус».

Существующие средства защиты данных в телекоммуникационных сетях можно разделить на системы, использующие для построения ключевой системы, и системы аутентификации — симметричные криптоалгоритмы, ко второй — асимметричные.

В системе с симметричными ключами требуется создание службы безопасности ——центра распределения ключей (ЦРК), занимающейся распространением, уничтожением и созданием ключей. При этом носители ключевой информации распространяются абонентам с использованием физически защищенных каналов связи. Частая смена ключей при большом количестве абонентов в сети приводит к очень большим накладным расходам. Традиционный шифроблокнот заменен карточкой или дискетой — вот и все изменения в управлении ключевой системой у этих устройств по сравнению

с традиционной секретной почтой. При компрометации одного абонента сети, заключающейся в краже, утере или копировании ключевой информации (на дискете, на карточке, в устройстве), становится возможным осуществлять пассивные и активные атаки на всех абонентов системы.

Вопрос об аутентификации в данной системе решается с учетом доверия абонентов друг другу. Организация цифровой подписи принципиально невозможна. Сложно ршается проблема уничтожения использованных ключей. Центр распределения ключей способен гонтролировать всю секретную информацию, при этом не исключаются злоупотребления со стороны персонала этого центра.

Системы, использующие асимметричные криптоалгоритмы, лишены многих из вышеперечисленных недостатков. Защита данных при этом не требует службы распространения ключей и службы безопасности сети. Ключи, использующиеся для шифрования, автоматически генерируются, распространяются и уничтожаются в каждом сеансе связи. Центр распределения ключей, служба распространения ключей, фйзически защищенные каналы для передачи ключей и службы безопасности сети вообще не требуются. Применение теории асимметричных криптоалгоритмов позволило свести задачу обеспечения секретности данных к задаче обеспечения их целостности. Все функции центра распространения ключей в этом случае удается выполнять с п^иощью сертификационного центра, аналогом которого служит служба выдачи паспортов. После этапа регистрации абонент «забывает» о существовании центра сертификации.

Генерация ключей производится в каждом сеансе связи в процессе аутентификации абонентов сети. После установления аутентификации ключи уничтожаются. Возможна организация цифровой подписи данных. При этом ее проверка проводится без предоставления секретной информации третьим лицам. Пассивные атаки на абонентов сети невозможны. Активные атаки возможны только при компрометации одного из абонентов сети.

Одним из важных требований к средствам защиты данных в каналах связи должна быть полная прозрачность их со стороны пользователя вычислительной системы. Следующим не менее важным условием является максимальная независимость средств защиты данных от аппаратуры передачи данных и существующего программного обеспечения.

Очевидно, что применение средств защиты снижает общую производительность информационной системы. В зависимости от степени ее защищенности накладные расходы на обеспечение безопасности могут достигать 30% стоимости от всех затрат на сеть.

Средства криптозащиты информации по методам реализации можно разделить на три группы:

программные;

программно-аппаратные;

аппаратные.

Программными средствами защиты информации называются специально разработанные программы, которые реализуют алгоритмы и функции криптозащиты. Такое решение наиболее гибко и динамично при внедрении новых алгоритмов шифрования и модификации сценариев взаимодействия абонентов между собой, а также с центрами распределения, регистрации и сертификации ключей.

Обычно такие системы строятся по схеме «клиент—сервер». При этом функции сервера приложения, обслуживающего центр сертификации и управления защищенной сетью, могут быть разделены. Прежде всего, разделяются функции firewall и proxy. Это целесообразно для получения структурированной системы с разграничением* доступа, как с точки зрения повышения безопасности, так и с точки зрения управляемости защищенной сетью. Клиентская же часть программы обеспечивает защиту информации при ее передаче, а также защиту доступа к ресурсам компьютера «персональный сетевой экран», на котором она установлена.

Простота модификации программного обеспечения обуславливает его уязвимость перед различными атаками на прикладном уровне модели ISO. Программные решения применимы лишь для небольших систем защиты конфиденциальной информации, так как они используют общий ресурс центрального процессора, что в несколько раз понижает его производительность по сравнению с незащищенным режимом и создает предпосылки для атак типа DoS.

Программно-аппаратными средствами называются комплексы, реализованные на универсальных или специализированных микропроцессорах, не требующие модификаций в схемотехнике при изменении алгоритма функционирования. Эти устройства также адаптируются в любой операционной системе, имеют большую степень защиты. Они обойдутся несколько дороже. Их цена зависит от типа используемого, для спецвычислителя, процессора и платформы операционной системы клиентского компьютера. При этом данный тип устройств является самым гибким инструментом, позволяющим вносить изменения в конфигурацию по требованию заказчика. Программно-аппаратные средства обеспечивают высокую степень сетевой защиты. При любой попытке эмуляции аппаратной части комплекса различие в скорости реализации алгоритма криптозащиты будет выявлено службой безопасности и пресечено.

Такие решения освобождают центральный процессор от выполнения функций криптозащиты, существенно более устойчивы к атакам типа «Отказ в обслуживании», обычно поддаются масштабированию для наращивания пропускной способности криптозащищенного соединения и процессинговой производительности спецвычислителя, часто имеющего параллельную архитектуру (например, волновую или д^же полносвязной нейросети).

Однако даже использование специализированных, но стандартных сигнальных процессоров, а также ограниченность получаемой на их основе номенклатуры схемотехнических решений, приводит к опасности модификации

программной части комплекса, и, в частности, драйвера, управляющего спец- вычислителем, кии загружаемой части его операционной системы, и т.п. *

Аппаратными срадствами называются устройства, в которых функциональные узлы реализуются на сверхбольших интегральных системах (СБИС) с неизменяемым алгоритмом функционирования типа «конечный автомат». Этот тип устройств адаптируется к любой операционной системе, является самым дорогим в разработке, предъявляет высокие технологические требования при производстве. В то же время эти устройства обладают самой высокой степенью защиты, в них невозможно внедриться и внести конструктивные или программные изменения. Применение аппаратных средств затруднено из-за их высокой стоимости и статичности алгоритма.

Статичность алгоритма обуславливает основную уязвимость таких решений. Утечка информации о схемотехнических решениях таких устройств не защищает трафик от прослушивания и дешифрирования, а лишь затрудняет реализацию этой угрозы алоумышленником. В данном случае, слабое звено — это «человеческий фактор» предприятий разработчиков и изготовителей.

Программно-аппаратные средства, уступая аппаратным по скорости, компромиссно сочетают в себе, с одной стороны, производительности криптографического решения, а с другой — его гибкости, что повышает скорость реакции на появление новых видов и сценариев атак. Они обеспечивают легкую модификацию алгоришов функционирования и не обладают недостатками чисто программных методов.

Поэтому в современных условиях для построения средств защиты информации в каналах связи оптимально выбрать программно-аппаратный метод построения, доступный по стоимости и имеющий высокую степень безопасности при работе в любых сетях. Исходя из вышеизложенного, для решения вопроса автоматической защиты данных в каналах связи целесообразно создание автономного устройства. Оно должно быть совместимо с современной аппаратурой передачи данных и телекоммуникационным программным обеспечением. Для построения автономных систем аутентификации, управления ключами и системы регистрации необходимо использовать ассиметричные криптоалгоритмы.

Безопасность мультисервисных сетей

В соответствии с доктриной информационной безопасности РФ: «Основными направлениями обеспечения информационной безопасности Российской Федерации в общегосударственных информационных и телекоммуникационных системах являются:

предотвращение перехвата информации из помещений и с объектов, а также информации, передаваемой по каналам связи с помощью технических средств;

исключение несанкционированного доступа к обрабатываемой или хранящейся в технических средствах информации;

предотвращение утечки информации по техническим каналам, возникающей при эксплуатации технических средств ее обработки, хранения и передачи;

предотвращение специальных программно-технических воздействий, вызывающих разрушение, уничтожение, искажение информации или сбои в работе средств информатизации;

обеспечение информационной безопасности, при подключении общегосударственных информационных и телекоммуникационных систем к внешним информационным сетям, включая международные;

обеспечение безопасности конфиденциальной информации при взаимодействии информационных и телекоммуникационных систем различных классов защищенности;

выявление внедренных на объекты и в технические средства электронных устройств перехвата информации.”

Основными организационно-техническими мероприятиями по защите информации в общегосударственных информационных и телекоммуникационных системах являются:

лицензирование деятельности организаций в области защиты информации;

аттестация объектов информатизации по выполнению требований обеспечения защиты информации при проведении работ, связанных с использованием сведений, составляющих государственную тайну;

сертификация средств защиты информации и контроля эффективности их использования, а также защищенности информации от утечки по техническим каналам систем и средств информатизации и связи;

введение территориальных, частотных, энергетических, пространственных и временных ограничений в режимах использования технических средств, подлежащих защите;

создание и применение информационных и автоматизированных систем управления в защищенном исполнении».、

Учитывая длительность эксплуатации и коммерческую значимость мультисервисных сетей, их системы безопасности должны быть адаптивными и включать в себя:

анализ защищенности (security assessment), т.е. поиск уязвимостей (vulnerabilities assessment);

обнаружение атак (intrusion detection);

адаптивный (настраиваемый) компонент, который позволяет модифицировать две первые функции и расширить их возможности;

систему обеспечения непрерывности бизнеса;

управляющий компонент.

Анализ защищенности

Главная задача анализа защищенности — это профилактика сетевых атак и выработка мер по затруднению их реализаций. Он осуществляется# на основе поиска уязвимых мест во всей сети (сканирования), состоящей из собственно физических соединений, сетевых ресурсов (активного сетевого оборудования), серверов информационных приложений и абонентских окончаний. Эти элементы нуждаются как в оценке эффективности их защиты, так и в поиске в них неизвестных уязвимостей. Процесс анализа защищенности предполагает исследование сети как в автоматическом, так и в мануальном режиме, для выявления в ней «слабых мест» и обобщение полученных сведений, в том числе в виде отчета. Если система, реализующая данную технологию, содержит адаптивный компонент, то устранение большинства найденных уязвимостей может осуществляться автоматически. При анализе защищенности обычно идентифицируются:

《люки» в системах (back door) и программы типа «троянский конь»; ♦ слабые пароли;

восприимчивость к проникновению из внешних систем и атакам типа «отказ в обслуживании»;

отсутствие необходимых обновлений (patch, hotfix) операционных систем;

неправильная настройка межсетевых экранов, Web-серверов и баз данных.

Существует два основных механизма, при помощи которых система анализа защищенности проверяет наличие уязвимости — сканирование (scan) и зондирование (probe).

Сканирование — механизм пассивного анализа, при котором по косвенным признакам определяется наличие уязвимое™ без фактического подтверждения ее наличия. Обычно этот процесс идентифицирует открытые порты, найденные на каждом сетевом устройстве, и собирает связанные с портами заголовки (banner), найденные при сканировании каждого порта. Каждый полученный заголовок сравнивается с таблицей правил определения сетевых устройств, операционных систем и потенциальных уязвимостей, описание которых есть в базе данных системы анализа защищенности. На основе проведенного сравнения делается вывод о наличии или отсутствии уязвимости.

Зондировшше ~ механизм активного анализа, проверяющий присутствует ли действительно на анализируемом узле уязвимость. Зондирование выполняется путем имитации атаки, использующей проверяемую уязвимость. Этот метод более медленный, чем «сканирование», но более точный. Он использует информацию, полученную в процессе сканирования, для детального анализа каждого сетевого устройства на потенциальную уязвимость. Он базируется на известных методах реализации атак для того, чтобы полностью подтвердить предполагаемые уязвимости. Он эффективен при анализе на потенциальную уязвимость неизвестными системе анализа защищенности атаками, которые не могут быть обнаружены пассивными методами.

На практике указанные механизмы реализуются несколькими методами:

«Проверка заголовков» (banner check) представляет собой ряд проверок типа «сканирование» и, опираясь на информацию в заголовке ответа на запрос, позволяет делать вывод об уязвимости. Типичный пример такой проверки — анализ заголовков программы Sendmail или FTP-сервера, позволяющий узнать их версию и на основе этой информации сделать вывод о наличии в них уязвимости.

Эффективность таких проверок ограничена. Во-первых, текст заголовка можно изменить, предусмотрительно удалив из него номер версии или иную информацию, на основании которой сканер строит свои заключения. Во-вторых, зачастую, версия, указываемая в заголовке ответа на запрос, не всегда говорит об уязвимости программного обеспечения.

«Активные зондирующие проверки» (active probing check) основаны на сравнении «цифрового слепка» (fingerprint) фрагмента программного обеспечения со слепком известной уязвимости. Аналогичным образом поступают антивирусные системы, сравнивая фрагменты сканируемого программного обеспечения с сигнатурами вирусов, хранящимися в специализированной базе данных. Разновидностью этого метода являются проверки контрольных сумм или даты сканируемого программного обеспечения, которые реализуются в сканерах, работающих на уровне операционной системы.

«Имитация атак» (exploit check — дословный смысл аналогичен русскому «проверка на вшивость», так как exploit — как глагол означает разрабатывать/ эксплуатировать, а как существительное — подвиг, то есть проверка на реализуемость подвига) использует механизм «зондирования» и основан на эксплуатации различных дефектов в программном обеспечении.

Существуют случаи, когда имитация атак не может быть реализована. Например, при имитации атаки типа DoS может возникнуть ситуация реальной потери качества сервиса абонентов. При этом проверку невозможно проводить на реально работающей инфраструктуре, но можно смоделировать такую ситуацию в рамках регламентных работ и все-таки провести данный тест.

По результатам анализа защищенности подсистема документирования системы безопасности мультисервисной сети должна генерировать отчеты, описывающие обнаруженные уязвимости. Отчеты модуг быть струетурированы так, что различные документы готовятся для различных категорий пользователей, начиная от офицеров системы безопасности и администраторов мультисервисной сета и заканчивая высшим руководством компании. Если первых интересуют угрозы, требующие устранения, то вторых — технические детали реализации модифицированной политики безопасности. Для руководства же компании необходимо представить красиво оформленные отчеты о предотвращении потерь и эффективности системы безопасности с минимумом подробностей, но с применением обобщающих графиков и диаграмм.

У оператора мультисервисной сети обязательно должна присутствовать документация, позволяющая:

понимать получаемые отчеты и формулы, по которым получаются результаты;

модифицировать программы;

готовить данные для ввода, исправлять ошибки, производить оценку мер защиты и понимать сами данные — их источники, формат хранения, а также взаимосвязи между ними.

Адаптивный компонент ANS позволяет модифицировать процесс анализа защищенности, предоставляя самую последнюю информацию о новых уязвимостях. Он также модифицирует компонент обнаружения атак, дополняя его последней информацией о подозрительных действиях и атаках. Примером адаптивного компонента может служить механизм обновления (актуализации) баз данных антивирусных программ, которые являются частным случаем систем обнаружения атак или пополнение экспертной системы on-line help помощи офицерам безопасности при принятии решений алгоритмами несанкционированных действий и противодействий им.

Обнаружение атак

Обнаружение атак — это процесс оценки подозрительных действий в мультисервисной сети, который реализуется целым комплексом действий посредством анализа: журналов регистрации (log-файлов), сетевого трафика и профиля абонента. Компоненты системы обнаружения атак размещаются на узлах или в сегментах сети, на ее прикладных системах или системах хранения. Они «оценивают» различные операции, в том числе с учетом известных уязвимостей. Главная задача этой подсистемы безопасности —— обнаружение вторжений и отражение атак.

Большинство компьютерных защитных систем построено на классических моделях разграничения доступа, разработанных в 70-х, 80-х годах в военных ведомствах. Согласно .этим моделям субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (например, файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. Существуют руководящие документы Государственной Технической Комиссии, позволяющие четко классифицировать любую конфиденциальную информацию, циркулирующую по мультисервисной сети, вплоть до информации, касающейся национальных интересов, а не бизнеса. Для каждого класса важности такой информации существуют свои требования по ее защите и критерии эффективности принятых мероприятий. Поэтому в зависимости от характера абонентов мультисервисной сети и специфики их деятельности оператор разрабатывает свою систему сетевой безопасности, подлежащую соответствующей сертификации на соответствие существую-

щим требованиям. Сертификация требует периодических проверок соблюдения требований по поддержанию контролируемых параметров при эксплуатации системы безопасности мультисервисной сети, а также раз в несколько лет (обычно каждые 3 года) переаттестации всей системы.

Существующие механизмы защиты, реализованные в межсетевых экранах (firewall), серверах аутентификации, системах разграничения доступа и т』.，работают только на втором этапе. Т.е. по существу они являются средствами блокирующими, а не упреждающими атаки. В абсолютном большинстве случаев они защищают от атак, которые уже находятся в процессе осуществления.

В последнее время появился новый класс средств обнаружения атак — обманные системы, выглядящие для злоумышленника как реальные коммерчески значимые ресурсы, которые на самом деле не участвуют в обеспечен нии сервисов. Они предназначены отвлекать реализуемые атаки на себя и тем самым защищать реальные ресурсы сети.

Даже если система безопасности мультисервисной сети смогла предотвратить ту или иную атаку, намного более эффективным является, все-таки, — профилактика, то есть устранение самих предпосылок реализации вторжений.

Комплексная система обеспечения информационной безопасности должна работать на всех трех этапах осуществления атаки. Обеспечение адекватной защиты на третьем, завершающем, этапе не менее важно, чем на первых двух. Ведь только в этом случае можно реально оценить ущерб от «успешной» атаки, а также разработать меры по устранению дальнейших попыток реализовать аналогичную атаку,~

Система обеспечения непрерывности бизнеса

Система сетевой безопасности должна помимо обнаружения реализуемых атак и отражения их угроз, обеспечивать обнаружение следов совершенных атак и их регистрацию. Она должна поддерживать эффективное расследование офицерами службы безопасности всех фактов вторжений, а также необходимо предусмотреть комплекс мер по минимизации ущерба и последствий совершенных атак с помощью систем:

повышения надежности на основе систем частичного резервирования или внесения избыточности на уровне данных (например, голограммы в твердой памяти или реализация иных алгоритмов);

полного резервирования на уровне аппаратного обеспечения за счет дублирования наиболее критичных устройств или их компонент, а также на уровне сервисов или приложений за счет дубл^фования программ и процессов;

восстановления за счет создания резервных копий инфсфмационных объектов жизненно необходимых для бесперебойной работы щжложений мультисервисной сети, то есть контрольных точек, фиксирующих состояния информационных объектов различных приложений мультисервисной сети.

Для комплексов хранения и архивирования данных информационных приложений мультисервисных сетей в аварийной ситуации характерен выход из строя

больших блоков данных цепком. В случае одиночных дисковых накопителей такое повреждение трудно восстановимо с помощью помехоустойчивого кодирования. Кодирование способно исправлять ошибки в агрегатах данных гораздо меньшего объема, чем емкости современных жестких дисков.

Внесение избыточности на уровне данных практикуется достаточно давно. Для обеспечения повышенной надежности хранения данных используются комплексы жестких дисковых накопителей, реализующие различные типы RAID- архитектур, помимо этого дай резервного копирования, архивирования, структурированного ранения и восстановления различных данных в требуемые сроки. В ходе резервного копирования (baclaip) создаются копии последних версий файлов с целью быстрого восстановления работоспособности системы в случае возникновения аварийной ситуации. Такие копии, нередко называемые резервшши,, хранятся на носителях (магнитные ленты, магнитооптические диски, DVD RAM) определенный срок и затем перезаписываются.

Архивное копирование (archive) представляет собой процесс создания копий файлов, предназначенных для бессрочного или долговременного хранения. Носители, на которых хранятся данные копии, называют архивными (CD ROM или DVD ROM). Периодическое проведение архивного копирования позволяет иметь копии нескольких разных версий одних и тех же файлов.

Концепция структурированного хранения данных подразумевает организацию иерархической структуры, агрегирующей устройства хранения информации. Назначение структурированного хранения — удешевление процесса хранения редко используемых данных. Система структурированного хранения включает в себя устройства оперативного доступа, работающие без вмешательства оператора (HDD и роботизированные библиотеки магнитооптических дисков или ленточных носителей). Однако большие хранилища (в сотни Тбайт) не могут ограничиться только системами автоматического хранения. Даже в Них одиночные накопители или, в случае роботизированных DVD ROM или DVD RAM библиотек, целые блоки из них заменяются операторами вручную. Использование кодов с обнаружением и некоторым потенциалом для исправления ошибок получило широкое применение в средствах телекоммуникации.

Внесение избыточности на уровне приложений используется гораздо реже. Однако, многие, особенно сетевые, службы изначально поддерживают возможность работы с резервным или вообще с неограниченным заранее неизвестным количеством алкгернативных служб. Введение такой возможности рекомендуется при разработке программного обеспечения, однако, сам процесс автсмьгатичеекого переключения на альтернативную службу должен подтверждаться криптографическим обменом первоначальной (установочной) информацией. Это необходимо делать для того, чтобы злоумышленник не мог, шлведя из строя реальный сервис, навязать приложению свой сервис с фадьоифицированной информацией.

Внесение избыточности на аппаратном уровне реализуется обычно в отношении всех ресурсов мультисервисной сета как сетевых, так и информационных.

Управляющий компонент

Управляющий компонент предназначен для реализации политик безопасности в части автоматизированных средств анализа сети, отражения атак и восстановления прикладных систем. Адаптивное управление активно использует тенденции развития методов предотвращения и отражения атак, связанные с формированием системы защиты.

Однако, любые приемы и методы, реализуемые в системах безопасности, требуют сбалансированной политики безопасности, так как неоправданное ужесточение требований к безопасности, может привести не к повышению защищенности, а к ослаблению системы защиты.

К наиболее распространенным и универсальным сценариям нарушения безопасности, использующим сами средства защиты, можно отнести следующие:

На уровне предотвращения угрозы атаки. Действие приводит к событию, которое является более уязвимым (нештатным) по сравнению с плановой работой системы. Например, перезагрузки приложения, пе- реинициализации подсистемы безопасности для запуска паразитной программы или использование штатного механизма смены паролей для атак на подсистему аутентификации, и т.п. Или же действие приводит к «Отказу в обслуживании», например, использование шифрования трафика для атак отказа в обслуживании.

На уровне затруднения реализации угрозы. Действие приводит к установке таких атрибутов безопасности, которые являются неприемлемыми для пользователей этой системы, что приводит к отключению или фактическому сведению на нет системы защиты (см. неправильная политика разграничения доступа и выработки паролей, то есть установка минимальной длины пароля для атак на криптографическую подсистему).

На уровне обнаружения угроз. Система безопасности имеет такие расплывчатые признаки угрозы, что ее постоянное срабатывание приводит к ее полному отключению.

.На уровне противодействия атакам. Система безопасности реализована так, что, при угрозе потери информации из-за исчерпания ресурса, она остананливает систему и оказывается уязвимой к DoS-атакам. Или же при активном противодействии предусмотрено заблокировать или даже уничтожить ата!отощую систему, без детекпфования возможной подмены IP- щфеса, что может уничтожить саму систоку или блокировать ресурсы администратора и не дать ему противодейстаовать другим атакам.

На уровне системы регистрации использование значительных ресурсов, из-за чего происходит отказ системы (например — переполнение файла регистрации событий, приводящее к DoS-атаке).

На уровне восстановления после атаки система безопасности восстанавливает «ядро» системы из некоего резервного источника, что способствует запуску на реально работающей системе внедренного в ее резервную копию «трояна».

Таким образом, служба безопасности операт(ч)а мультисервисной сети должна строиться на сбалансированной и обоснованной политике безопасности, контролирующей все фазы сетевых атак (подготовка, проведение, устранение последствий).

Она должна обеспечивать интегрированные в единую систему возможности обнаружения атак, как на системном, так и на сетевом уровне. Система автоматизации обеспечения безопасности должна иметь:

консоль управления с непротиворечивым интерфейсом для своего конфигурирования;

осуществлять пошггику управления и отображать отдельные события, как в системных, так и в сетевых компонентах системы обнаружения атак;

вести интегрированную базу данных событий;

поддерживать интегрированную систему генерации отчетов;

предусматривать возможности осуществления корреляции событий и формирования клиентских профилей в части формирования портрета абонента (fingerprint).

Программы выявления мошенничества и несанкционированного доступа обязательно должны регистрировать ситуации, когда:

делаются многочисленные пошлтки войти в систему с ошибочными действиями по авторизации;

при проверке вводимых данных на корректность и точность, когда много данных отвергается из-за ошибок в них;

по каким-либо причинам не делается записей в журналах об отвергнутых транзакциях;

по каким-либо причинам теряются записи в журналах регистрации транзакций.

Помимо этого современная система безопасности должна предусматривать контроль над собственными событиями и экспертную систему для on-line помощи офицерам безопасности при принятии решений и выработке реакций на нештатные ситуации и инциденты.

К сожалению, эффективно реализовать все описанные технологии в одной системе пока не удается, поэтому пользователям приходится применять совокупность систем защиты, объединенных единой концепцией безопасности. Пример таких систем — семейство продуктов SAFEsuite, разработанных американской компанией Internet Security Systems (ISS). Сегодня это — единственный комплект средств, который включает в себя все компоненты, входящие в модель адаптивного управления защиты сети.

В начале 90-х годов прошлого века прошла первая международная конференция по созданию универсальна телекоммуникационной инфраструктуры. Универсальность ее заключалась в обеспечении доставки любых муль- тимедиа*объектов. Такую инфраструктуру впоследствии стали называть «Мультимедиа Телекоммуникации». Это событие ознаменовало окончательную интеграцию всех информационных потоков человечества в единую универсальную среду информационного обмена. Любой вид информации, включая высококачественные видеоматериалы и эфирное ТВ-вещание, может быть оцифрован и доставлен по мультисервисной сети адресату. Например, отснятые в Европе фрагменты художественного фильма, в тот же день могут быть доставлены на студию в Голливуд для монтажа со сложнейшими спецэффектами, а затем готовый материал может быть доставлен обратно на съемочную площадку. Сегодня более 120 операторов мира разрабатывают свои концепции интерактивных видеоуслуг от ретрансляции эфирного ТВ в мультисервисных сетях до продажи индивидуальных видеопотоков (VOD). Эксперименты фирмы Sony по голографическому (3D) ТВ- вещанию, также ориентированы на доставку цифровых потоков по широкополосным каналам мультисервисных сетей.

Объем оперативной информации, необходимой человечеству, растет экспоненциально и давно превысил возможности обработки отдельного человека. Поэтому для эффективной навигации в этом океане информации необходимы системы структурирования и фильтрации информационных потоков, соответствующих приложений, отвечающих потребностям конкретных абонентов, параметризации и хранения разнородной мультимедиа- информации, а также агрегирования мультитерминального доступа к различным информационным услугам.

ИНФОРМАЦИЯ, Y КАК КОММЕРЧЕСКИЙ ПРОДУКТ,

ФОРМИРУЮЩИЙ ТРАФИК МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ

Возможности доступа к любой информации 4ерез Интернет давно обусловили формирование различных форм коммерции, построенных на использовании телекоммуникационной инфраструктуры. При этом телекоммуникации используются для доставки либо коммерчески значимого трафика, порождаемого либо услугами сетевого уровня аудио- или видеопотоков в сеансах связи между абонентами, либо прикладного для информационного обслуживания и доставки медиа-контента, а также для рекламы товаров и получения заказов на приобретение их.

Различные формы e-commerce на базе Интернет-доступа обширно описаны' в литературе. На них возлагались большие надежды, эксплуатация которых и обусловила бурный рост акций Интернет-компаний в течение последнего десятилетия прошлого века. Однако разрыв между реальными, а не прогнозируемыми прибылями этих компаний, который относили на счет проблем стартовых издержек, по истечении 10 лет привел к обвалу фондовой биржи и мировому кризису. Основную долю прибыли в мультисервисных сетях, несмотря на неуклонный и очень бурный рост Интернет-трафика, продолжают составлять традиционные речевые услуги, выделенные каналы и, в последнее время, различные формы виртуальных выделенных каналов.

Недостаточная пропускная способность абонентских или магистральных каналов и, в частности, абонентского доступа в Интернет, безусловно, являются сдерживающим фактором для коммерческого развития широкополосных услуг в мультисервисных сетях. Однако проблема коммерческого развития прикладных информационных систем в мультисервисных сетях, в большей степени, кроется в отсутствии гарантий информационной безопасности этой среды, которая создавалась как среда общения академических кругов, а не универсальная среда для производства, обработки, хранения и продажи информации. Именно перенос свойств масс-медиа на информационную среду Интернет обусловил завышенные ожидания деловых кругов мирового сообщества.

Внедрение услуг широкополосного доступа и развитие инфраструктуры мультисервисных сетей послужило, фактически, цачалом новой эры информационных технологий, так как изменился алгоритм взаимодействия абонента и

оператора. В среде Интернет, из-за равноправия информационных ресурсов и большого количества операторов, обеспечивающих доставку трафика с некоординированной политикой безопасности, не может быть реализован сквозной контроль трафика на всех уровнях модели ISO. В то же время, в Интранет сети оператора, предоставляющей услуги широкополосного доступа и отвечающей требованиям Time Warner Full Service Network (FSN), то есть критериям мультисервисности, может обеспечиваться любой необходимый уровень QoS. Наличие мощного инструмента контроля параметров, гарантирующих ячество доставки трафика, позволяет оператору в отношениях с абонентом гибко применять механизм Service Level Agreement (SLA), комбинировать среды и технологии доставки трафика и предоставить своим абонентам необходимый уровень гарантий информационной безопасности.

Информационное обеспечение услуг xSP

Традиционно деятельность по обеспечению услуг — Service Providing (xSP) ограничивалась прикладными уровнями модели ISO, так как под услугами в данном контексте подразумевались различное информационно справочное обслуживание и доступ к информационным ресурсам, обработка информации различными дорогими прикладными системами или ее хранение. В отличие от оператора связи, основным источником дохода которого является сетевая инфраструктура, обеспечивающая доставку трафика, для xSP основным источником дохода являются информационные и процессинговые ресурсы.

Появление услуг широкополосного доступа, порождающих сильно пиковатый трафик и критичных ко времени доставки контента или к пропускной способности канала, обусловило потребность xSP в собственной абонентской инфраструктуре, способной обеспечить необходимый для этих услуг контроль параметров каналов. С другой стороны, операторы широкополосных сетей, готовые к доставке абонентам пиковатого трафика, ощутили острую потребность в повышении утилизации пропускной способности своих каналов, что обусловило разработку ими различных информационных приложений для создания услуг с добавленной стоимостью. Смыкание этих видов деятельности и объединение интересов операторов и xSP стимулировало активные исследования в области услуг мультисервисных сетей и, прежде всего, в разработке широкого спектра информационных приложений, обеспечивающих производство, обработку, хранение и продажу информации в универсальной цифровой информационной среде.

Специфика деятельности ISPи Интернет-шлюз в мультисервисную сеть

Услуги по предоставлению доступа в Интернет, помимо чисто физического соединения абонента с магистральным каналом, заключаются в обеспечении ряда традиционных Интернет-сервисов, основанных на TCR/IP: DNS,

FTP, WEB, E-mail, без поддержки которых невозможно представить качественный выход в Интернет.

Современные ISP обычно не берут на себя ответственность за информационную защиту абонента и не заключают с ним SLA, так как весь пакет предоставляемых услуг обычно сводится к доставке контента не критичного к величине девиации времени задержек при транспортировке пакетов по сети.

Проблема информационной безопасности ISP сводится к созданию «демилитаризованной» зоны — защищенного сегмента сети, содержащего все информационные ресурсы ISP, управляемые прикладными серверами.

Современные представления об инфраструктуре ISP нашли свое отражение в концепции point of present (POPs).*На1 основании этой концепции «точка присутствия» — это место, где абонентские каналы узла агрегирования трафика маршрутизируются в магистральные соединения инфраструктуры ISP. Так как весь комплекс POPs находится в зоне ответственности ISP, то его дизайн должен базироваться на решениях, гарантирующих качество предоставляемых услуг. Для таких решений характерны:

Масштабируемость.

Повышенная надежность за счет резервирования на аппаратном уровне.

Управляемость ресурсами и широкие возможности по балансировке нагрузки как на РО区 так и, непосредственно, на Интернет-Шлюзе ISP.

Современная система безопасности [SP использует различные возможности защиты от несанкционированного доступа:

Шифрование паролей.

Поддержка технологии (Authentication, authorization and accounting — AAA) с использованием различных протоколов и сценариев взаимодействия клиент—сервер.

Аутентификация маршрутизаторов, фильтрация IP-пакетов, которые не коррелированны с маршрутами и локализацией абонента, а также пакетов, не соответствующих пространственно-временной корреляции генерируемого абонентом трафика.

Особенности мультисервисных сетей, связанные с появлением Интранет- ресурсов, контролируемых оператором, и наличием у абонентов выделен-^ ных каналов различного типа, привносят в обеспечение этого вида услуг большой набор дополнительных функций, включая:

DHCP-сервер для динамического перераспределения IP-адресов, под которыми пользователи мультисервисной сети выходщт в Интернет, и оптимизации использования прямых IP-адресов оператора;

NAT для подключения мультисервисной сбти к Интернету и трансляции внутренних IP-адресов во внешние и обеспечения прозрачности ТСР/1Р-соединений;

TCP/IP-роутер для маршрутизации трафика на Шлюзе в Интернет;

кэширующий Web-сервер (часто называют Proxy) для экономии (обычно до 30%) затрат на закачку контента из Интернет;

Connection Teaming для лучшего использования имеющихся соединений;

DNS-сервер и кэширование DNS для повышения эффективности мнемонической навигации в информационных ресурсах;

аппаратно-программные комплексы firewall для фильтрации пакетов, представляющих угрозу сетевой безопасности.

В отличие от ISP оператор мультисервисной сети обладает существенными преимуществами по созданию системы информационной безопасности и поддержке концепции ААА, так как может предусматривать меры безопасности на любом уровне модели ISO, исходя из потребностей заказчика и собственной политики информационной безопасности. Характер трафика ISP наиболее близок к модели 20-80, то есть 20% трафига не выходит за пределы его инфраструктуры, а 80% направлено в Интернет. Для оператора же мультисервисной сети характерна обратная картина — до 80% трафика замыкается внутри Интранет и адресуется на внугрисетевые приложения, и лишь 20% трафика действительно нуждается в поддержке Интернет-соединений.

Можно утверждать, что бурный рост Интернет-трафика был вызван слабым развитием мировой телекоммуникационной инфраструктуры. С развитием мультисервисных сетей Интернет-трафик реструктурируется, замедлит свой рост и станет прогнозируемым, так как в основной своей части будет определяться контентообменом между различными операторами мультисер- висных сетей, а не традиционным частным трафиком, который пропорции онален числу абонентов Интернет.

Специфика ASP и продажа процессинговых ресурсовв мультисервисной сети

Термин Application Service Providing (ASP) появился с развитием телекоммуникационной инфраструктуры передачи данных. Для этого вида деятельности необходим удаленный доступ клиентов к информационным и процессинговым ресурсам различных дорогостоящих клиент-серверных приложений, которые предоставляются предприятиям малого и среднего бизнеса в аренду. Сегодня ASP объединяет множество различных приложений, список которых непрерывно растет. Некоторые виды приложений, в силу специфики своей деятельности, выделяются в отдельные виды бизнеса, как, например, SSP, e-commerce или e-Banking.

Hosting объединяет различные клиент-серверные приложения Интернета. Интернет-приложения, работающие с информационными ресурсами, такие как: FTP, E-mail или Web, постепенно выделились в отдельный от ISP вид бизне- са. Он занимает промежуточное положение между ISP и ASP. Поэтому Hosting чаще ассоциируется с ISP, а не с сервис-провайдингом xSP как таковым.

Первоначально ISP предоставляли в аренду своим клиентам программные Интернет-серверы. Рост клиентской базы и объема процессинга обусловил выделение типовых приложений в специализированные аппаратно-программные комплексы, ресурсы которых предоставляются в аренду. Расширение номенклатуры клиентских приложений, сформировали спрос на аренду ресурсов универсальных серверов для размещения специфичных клиентских серверных программ. И, наконец, рост клиентского контента и объема процессинга, а также развитие e-commerce и Интернет-магазинов обусловили спрос на размещение клиентских аппаратных ресурсов на специально оборудованных площадях (с бесперебойным питанием, мощной телекоммуникационной инфраструктурой и специальной политикой безопасности).

Таким образом, родившись в недрах ISP, Hosting постепенно выделился в специализированный вид деятельности, объединяемой понятием Центра Данных (Data Center). В то же время, Data Center — это гораздо более широкое понятие, включающее в себя агрегирование всех разновидностей xSP, так как все эти виды деятельности занимаются обработкой информации. Этот термин находится в стадии формирования и не имеет четких границ между понятиями Contact Center, Контентохранилище и Информационный депозитарий, которые в настоящее время формируют новые направления развития xSP.

Спектр прикладных информационных систем, предоставляемых ASP в аренду, непрерывно пополняется по мере стандартизации различных видов информационной деятельности. Появляются типовые гибко настраиваемые системы автоматизации различных видов деятельности, которые удается тиражировать на целые группы клиентов, работающих в соответствующих секторах рынка.

ERP System (Enterprise Resource Planning) — системы управления предприятием и его ресурсами. Эти приложения интегрируют широкий спектр приложений, формирующих документооборот предприятия (например, логистика, системы взаимодействия с поставщиками и заказчиками, системы управления персоналом, финансового планирования, бухгалтерии, и т.п.)*

xRM Systems (Customer/Partner/Supplier/Employee Relation-ship Management) — системы управления контактами. Они активно используются во множестве систем поддержки бизнеса, объединяемых понятием Contact Center предприятия.

PDM System (Product Data Management)——системы управления производством, объединяющие системы CAD, САМ, САЕ и контролирующие разработку всей необходимой конструкторской и технической документации на производимую предприятием продукцию.

e-Banking — системы дистанционного обслуживания финансовых потоков клиентов. Помимо клиент-серверных банковских приложений, сюда можно отнести любые системы Интернет-платежей (например, Web Money).

e-Leaning — системы дистанционного обучения, автоматизирующие учебный процесс при удаленном изучении мультимедийных учебных курсов.

КМ Systems (Knmdedge Management) — системы управления знаниями. С их помощью компании могут трансформировать интеллектуальное достояние своих людских ресурсов в материальные ценности и, прежде всего, в специализированные экспертные системы.

1-1-3- Специфика интеграции услуг VoIP

Развитие VoIP можно охарактеризовать как путь от закрытых частных решений, способных выполнять только ограниченный круг задач, к решениям, способным управлять "сетями национальных операторов и независящим от конкретного производителя оборудования.

Для корпоративных клиентов большой интерес представляют услуги типа IP Centrex, которые эмулируют учрежденческую телефонную станцию и голосовые VPN на оборудовании провайдера. Эта услуга сегодня дает возможность малым и средним бизнес-клиентам телекоммуникационных компаний получить широчайшие сервисные возможности, не прибегая к значительным капитальным вложениям в:

строительство выделенных корпоративных сетей;

офисные АТС;

избыточные телефонные линии;

дополнительную оргтехнику, и пр.

Услуга Centrex подразумевает предоставление абонентам прямых многоканальных номеров с переадресацией вызовов на уже существующие в офисе клиента городские телефонные линии. В дополнение к обычной функциональности, услуга обеспечивает:

дружелюбный интерактивный голосовой интерфейс речевой навигации, позволяющий направлять входящие звонки в те или иные подразделения абонента без участия «живого» секретаря;

оптимизацию распределения нагрузки между входящими телефонными линиями;

возможность разгрузить часть входящих линий, так как все факсимильные сообщения приходят в электронном виде на адрес E-mail;

возможность задавать различные сценарии вызовов в зависимости от клиентского профиля, времени суток, дня недели, номера вызывающего абонента, и т.п. (например, переадресация вызовов, в том числе, и на офисный шлюз IP-телефонии корпоративного клиента);

возможность объединить при помощи «виртуального call-центра» несколько территориально разнесенных офисов, разбросанных по разным городам и странам, обслуживаемых, естественно, абсолютно различными телекоммуникационными провайдерами.

Таким образом, абоненты могут значительно сократить эксплуатационные расходы, за счет оптимизации входящей нагрузки на телефонную сеть и минимизации числа используемых входящих городских линий.

Кроме того, весьма востребованными становятся решения для Контакт- Центра на базе Web с поддержкой функции Click & Talk и интерактивных голосовых ответчиков. Речевые технологии в сетях с коммутацией пакетов все чаще используют:

системы оповещения;

800 сервисы;

речевые услуги с добавленной стоимостью;

сервисы с предоплатой по карточкам;

универсальные центры обмена сообщениями и голосовые порталы.

С дальнейшим развитием сетевых технологий IP-телефония начинает проникать и в такие сферы деятельности, как:

аварийные службы;

скорая помощь;

службы безопасности организаций;

всевозможные диспетчерские и административные организации;

деятельность организаций с приоритетом секретности и безопасности телефонных переговоров, которые предъявляют повышенные требования к архивированию телефонных переговоров для последующего контроля и анализа.

Появляются и специфические речевые приложения, ориентированные на операторские приложения. Так, фирма Nuance предлагает систему верификации абонента по voiceprints, включенному в клиентский профиль для речевой аутентификации. Это. решение позволяет уйти от громоздких PIN- кодов или пародирования при доступе к услугам с добавленной стоимостью, а также может эффективно использоваться службой безопасности оператора речевых услуг в системах защиты от мошенничества (FMS).

Тенденции расширения областей речевых приложений обуславливают потребность в поддержке совместимости голосовых шлюзов и контроллеров доменов разных производителей, а также в обеспечении взаимодействия разных протоколов сигнализации VoIP (Н.323, SIP, MGCP/MEQACO/H.248).

Основу продуктов, обеспечивающих технологию VoIP и управление процессом прохождения вызова абонента, составляют четыре основных компонента.

Soft switch (Call Control Server) — многопротокольный (поддерживающий протоколы Н.323, SIP, ТСАР и IN АР), программно реализованный коммутатор, предоставляющий интеллектуальные сервисы для узлов VoIP (например, контроллеры зон или шлюзы). Он управляет прохождением вызова и маршрутизацией, транслирует протоколы и оптимизирует

трафик, а также позволяет добавлять интеллект, осуществляющий дополнительные функции сетевых приложений.

Media Server — медиа-сервер, обеспечивающий интерактивность любых услуг, использующих распознавание речи в различных средах мультисервисной сети, включая фиксированную и мобильную телефонию. Такие услуги составляют основу конвергентных сетей и включают в себя распознавание голоса для выработки управляющих воздействий (речевая навигация) или для трансформации речи в текст (например, речевой почты в E-mail), озвучивание текста (например, отображение E-mail или факсов в речевой почте) text-to-speech и любые другие популярные CTI- решения. Учитывая бурное развитие этих услуг, медиа-север должен свободно наращиваться и расширяться, а также поддерживать различные сигнализации и протоколы: ISDN, SS7/ISUP, INAP и CAMEL, MGCP, Н.323 и SIP

Application Server — сервер приложений, позволяющий создавать приложения, независимые от применяемых в сети протоколов, который использует возможности Soft Switch. Использование VBScript и Java Script позволяет приложениям встраивать в Web клиентский интерфейс, a Voice XML —— язык описания голосовой информации в Web-среде, позволяет существенно расширить номенклатуру предоставляемых услуг, перейти от банальной переадресации к контакт-центрам и приложениям v-commerce.

Application Design Tools — средства разработки новых сервисов и интеграции их в качестве приложений мультисервисной сети.

.1-4. v-commerce

Термин «голосовая коммерция» (voice commerce) пока воспринимается как нечто экзотическое. Однако, технологии ведения бизнеса на основе WEB- приложений, теперь привносятся и в традиционную телефонию. По оценкам экспертов, мировая телефонизация достигла 1,7 млрд, абонентских окончаний. Концепция речевых порталов может стать новым направлением развития традиционной телефонии и эволюции конвергентных сетей в мультисервисную инфраструктуру.

Набрав номер голосового портала с обычного телефона, при помощи голосовых команд речевому навигатору абонент сможет перемещаться с одной речевой страницы на другую. При этом соответствующее приложение будет зачитывать требуемую информацию. Если отвлечься от технологической стороны дела, концепция голосового портала воспроизводит принцип работы Центра обработки вызовов. Разница заключается в объеме доступного контента, в возможности его динамического обновления, а также в том, что вместо применения простейших голосовых меню потребитель общается с системой на естественном языке.

Речевые порталы уже реализованы радом фирм: Tellme, BeVocal, TelSurf Networks и Audiopoint. Корпорация AOL приобрела держателя одного из американских голосовых порталов — фирму Quack. В столице Таиланда Бангкоке летом 2002 года появилось первое Интернет-кафе для слепых, в котором посетители получают доступ к речевому браузеру для прослушивания Web- контента. Использование речевых порталов дополняет интерактивные приложения Интернет. Провайдеры, стремясь привлечь максимально широкую аудиторию к новым приложениям, предлагают доступ к своим порталам по бесплатному телефонному номеру. При этом, по аналогии с Web-порталами, абоненту перед началом работы приходится прослушивать короткую рекламу.

Прямой перенос Web-технологий на речевые приложения мало эффективен, так как скорость восприятия человеком информации на слух существенно ниже, чем усвоение визуального ряда. Помимо этого, возникает две серьезных проблемы: безопасность транзакций в приложениях v-commerce и распознавание речи большого числа абонентов по ограниченной обучающей последовательности образцов высказываний или вообще без них.

Решение этих проблем, по крайней мере, фрагментарно существуют. Речевая аутентификация по voice print абонента относится к динамическим биопараметрическим системам. Она, в настоящее время, активно развивается в рамках различных вычислительных систем, в частности, в полносвязных нейроархитектурах. Что же касается распознавания речи и специфики фонетики различных языков, то уже получены первые коммерческие образцы таких систем, например, Nuance Communications, Silicon Valley. Существует масса диалектов и фонем различных языков, поэтому проблема сводится к созданию соответствующих словарей. Например, фирма Nuance Communications подготовила поддержку следующих языков;

австралийско-новозеландского английского;

бразильского диалекта португальского;

канадского французского;

кантонского китайского;

голландского;

паневропейских французского, немецкого и испанского;

швейцарского немецкого;

итальянского;

японского;

корейского;

латино-американского испанского;

мандаринское наречие китайского;

южно-африканского английского;

шведского;

панамериканского и канадского, а также великобританских диалектов английского.

Ко всем фонетическим проблемам добавляются нюансы словообразования. В разговорном языке часто появляются синонимы, множественность контекстуального значения, а также сленговые со^фащения, например, оглушение окончаний или аббревнахуры, и т.п. Сугестивность (неоднозначность) речевого контекста заставляет создавать дополнительные словари по принципу градуальных рядов (серия слов с эволюцией значения качественного параметра), формировать специальные словчи идиом и, аналогично, с полнотекстовым поиском, задавать словарные расстояния меадх контекстуально связанными словами.

Необходамо помнить, что любая услуга будет востребована лишь при условии удобства ее использования и в случае, если она реально соответствует специфике информационной активности абонента. Так, например, проведение транзакции или любой другой операции не может превышать определенный временной интервал, должно обеспечивать конфиденциальность и, при этом, не должно быть трудно запоминаемых процедур, которые необходимо выполнить клиенту. Американская компания Interactive Intelligence, Inc. специализируется в области автоматизации бизнес-комму- никаций, особенно применительно к Contact Center и сервис-провайдерам.

Индустрия речевой коммерции находится в стадии формирования и, скорее всего, она займет достойное место развитой инфраструктуре мультимедиа телекоммуникаций в сочетании с информационными потоками, ориентированными на другие рецепторы человека. Ритм жизни непрерывно убыстряется, человеку необходимо обрабатывать все большее количество информации. Поэтому вполне естественно ожидать, что структурирование информационных потоков в гиперсвязные мультимедийные объекты, воздействующие на все органы чувств абонентов, будут востребованы на рынке создания, обработки и продажи информации. Так, можно отметить еще одно нарождающееся направление телекоммуникационной или электронной коммерции Visual коммерции или v-commerce. Эта прикладная область связана с необходимостью трехмерной визуализации демонстрации товара при поддержке e-commerce. Основное направление исследований здесь сосредоточено на разработке соответствующих стандартов сетевых языков описывающих 3D объекты Vector Markup Language (VML) и Virtual Reality Markup Language (VRML), а также новых стандартов компрессирования и транспортировки динамических изображений и мезон-сцен, разрабатываемых MPEG.

1.1.5. m-commerce и специфика обеспеченияинтерактивных услуг в мультисервисных сетях

Данный термин был введен в обиход в 1999 году компанией SGI, специализирующейся на производстве, обработке, хранении и доставке высококачественного видеоконтента (m*commerce — media-commerce). Компания сосредоточилась на высоконадежных цифровых решениях сетевой инфраструктуры, обеспечивающих широкополосный контент менеджмент и продажу различных информационных объектов, в том числе, и видеостримминг.

В этом контексте любая торговля контентом в мультисервисной сети может быть классифицирована как m-commerce.

Наиболее ресурсоемким сетевым приложением являются услуги стриминга, то есть формирования в сети информационного потока. Оно имеет специфику, связанную с охраной авторских прав и высокоскоростной доставкой больших агрегатов данных, критичных к качеству сервиса.

FTP-сервис, предполагавший обмен файлами, не смог удовлетворять требованиям по времени доставки аудио- и видеоконтента по каналам Интернета в режиме аналогичном on-line вещанию. Абоненту приходилось сначала закачать файл, а затем его воспроизводить в отложенном режиме. Помимо этого, обобщение файлового обмена на дистрибуцию аудио- и видеозаписей привело к необходимости решать проблему защиты авторских прав и борьбы с пиратством на основе несанкционированного копирования контента.

Так появилась технология стриминга, которая стала применяться для распараллеливания процессов доставки и воспроизведения аудио- или видеофайлов, встроенных в среду Web. В режиме стриминга исходный аудио- или видеофайл разделяется на серию блоков, достаточных для буферизации процесса доставки контента. Пока программа видеоплейера воспроизводит фрагмент видеофайла из буфера, производится подкачка следующего фрагмента. Таким образом, видеофайл не присутствует на компьютере абонента целиком, не может быть дешифрирован и сохранен в полном объеме на жестком диске. Сервер ввдеостриминга обеспечивает в режиме «клиент-сервер»)фане- ние и поиск контента в различных цифровых форматах, его шифрование и транспортировку к абоненту. Клиентская же часть приложения дешифрирует информационный поток и воспроизводит его на. терминале абонента.

В зависимости от решаемых задач видеостримминг также можно разделить на решения корпоративного и операторского класса. В первом случае речь идет о дистанционном обучении персонала. Объем параллельных потоков ограничивается максимум несколькими сотнями. Потребление в основном групповое. Услуги ближе всего к видео по расписанию VNOD. В операторских же решениях задействуются все виды потоковых услуг (Broadcasting, VNOD, VOD и т.д.). Объем параллельных потоков достигает нескольких тысяч на каждый узел агрегирования услуг. Стоимость контента, продаваемого оператором, существенно разнится, что обуславливает структурированность и глубину информационной безопасности этого приложения от уровня корпоративных приложений до специализированных информационных депозитариев.

Услуги m-commerce, независимо от среды доставки, можно охарактеризовать, как услуги по продаже разнородного мультимедийного контента. Однако услуги широкополосного доступа еще не приобрели такой популярности и массовости как 3G Mobile Services. Поэтому в последние время, контентосодержащие услуги 3G, также ассоциируются с m-commerce. Но при этом термин носит несколько иной смысл: Mobile-commerce, который также вклю-

чает видеостримминг — услуги 3G VDV (но на мобильные терминалы и, пока, с более низким из-за ограничений по bit rate, качеством, чем в фиксированной инфраструктуре) в рамках Mobile Internet Services. Дополнительно это понятие объединяет еще несколько видов приложений:

3G МСОМ — система микроплатежей, ориентированная на оплату со счета мобильного абонента через его терминал, как различных услуг с добавленной стоимостью мультисервисной сети, так и других, не обязательно контентосодержащих, услуг компаний — клиентов сети.

3G Locate — комплекс услуг, основанный на работе с Географической Информационной Системой (ГИС), которые контекстуально зависимы от пространственного положения абонента в мобильной сети (например, переадресация вызова на ближайший к абоненту филиал вызываемой компании — сеть магазинов, ресторанов, авторемонта, и т.п.).

3G MPS — комплекс услуг по позиционированию мобильного абонента и адаптации его профиля в контексте положения. Например, автомобильные навигационные системы, учитывающие информацию о пробках, оптимальном маршруте, наличии мест для парковки в месте назначения, и т.п. Возможность дистанционно собирать диагностику обслуживаемых автомобилей для Сервис-Центров и проводить регламентные работы в удобное для клиента время, не дожидаясь выхода из строя того или иного узла автомобиля, позволяет гибко модифицировать профиль клиента.

Приложения 3G, так же как и все контентосодержащие услуги, нуждаются в высокоэффективной навигации клиентов в среде приложений и услуг. Учитывая психологию восприятия и потребность в дружественном, контекстно-зависимом интерфейсе, минимизирующем число интерактивных воздействий и трассу доступа к искомой странице, можно утверждать, что роль клиентского профиля будет непрерилвно возрастать.

1.1-6- Портал, как универсальная точка доступа ко всемресурсам и услугам мультисервисной сети

Появление все новых и новых приложений в мультисервисной сети расширяет номенклатуру услуг. Интеграция различных приложений в единую универсальную мультисервисную среду жизненно необходима как клиентам, чтобы иметь быструю и наглядную навигацию, так и операторам, для единой системы тарификации и биллинга, а также для сокращения эксплуатационных издержек. Однако, навигация в среде множества приложений и услуг становится все сложнее. Этот процесс напоминает становление Интернет, когда на смену прямой адресации по IP-адресу пришел DNS-сервис.

В случае портала мультисервисной сети, который призван стать универсальной точкой доступа абонентов к различным ресурсам и приложениям, возникает серьезная проблема навигации во всем обилии возможностей, пред-

лагаемых абоненту. Очевидно, что невозможно пропустить весь трафик через единую точку входа. Поэтому портал должен лишь проводить аутентификацию, идентификацию и авторизацию абонента, подключать профиль клиента, обеспечивать его всей необходимой информацией о доступных ресурсах и услугах, а также перенаправлять запросы абонента на соответствующее приложение для последующего обслуживания.

Разделение информационно-справочной службы серйис-центра мультисервисной сети и собственно приложений избавляет клиента от ошибок поиска и навигации различных услуг. Познакомившись с новой услугой, абонент при подписке на нее, включает в свой профиль ссылку на соответствующее приложение и определяет удобный для него алгоритм доступа к ней (например, ускоренный достуй по закладке из избранного или как-либо еще).

Портал мультисервисной сети является сложным приложением-монитором, коорДинирующим взаимодействие множества приложений, как между собой, так и с абонентом. Он напоминает многоквартирный виртуальный дом со множеством клиентских апартаментов (клиентские профили), обеспечивает простоту и прозрачность всех авторизованных взаимодействий (дружественный Web-интерфейс навигатора и монитора клиентских приложений) и является тем самым привратником, мимо которого не должен проскочить ни один злоумышленник (AAA Center — узел Авторизации, Аутентификации, Экаунтинга). Вот почему он является одним из ключевых звеньев прикладного уровня в системе структурированной информационной безопасности мультисервисной сети.

Помимо этого, портал является Контакт-Центром мультисервисной сети, обеспечивающим взаимодействие клиента со всеми службами оператора, и, в первую очередь, со службой интегральной предоплаты, ведения клиентских счетов и взаиморасчетов за предоставленные абоненту услуги.

Контакт-Центр мультисервисной сети может решать не только задачи сопровождения услуг и поддержки клиентов. Это приложение легко обобщается и на коммерческие информационно-справочные приложения, объединяющие как on-line консалтинговые приложения (например, медицинские, юридические или технические услуги), так и offline информационные услуги (например, маркетинговые или научные исследования, услуги электронных библиотек или информационно-поисковых систем, в том числе, и с контекстуальным полнотекстовым поиском).

БЕЗОПАСНОСТЬ

Т ПРИКЛАДНЫХ УРОВНЕЙ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ

Прикладной уровень мультисервисных сетей объединяет множество сетевых и информационных приложений. При этом авторизация и аутентификация производится порталом с помощью сервера информационной безопасности, а не серверами приложений. В противном случае клиентам пришлось бы проходить эти процедуры при каждом обращении к любому из приложений, что существенно затруднило бы сценарии взаимодействия абонента с приложениями и не смогло бы обеспечить однородную и прозрачную интеграцию приложений мультисервисной сети.

В тот же момент системы учета и контроля доступа абонентов к серверам приложений, не нарушая прозрачности взаимодействия клиента с приложениями, должны быть встроены в общий комплекс структурированной информационной безопасности мультисервисной сети. Такой подход к созданию политики безопасности необходим для выявления несанкционированных действий абонентов или администраторов приложений. Помимо этого, структурированная информационная безопасность упрощает проведение офицерами информационной безопасности расследований по фактам совершенных сетевых атак и устранения их последствий.

Основные цели, которые может преследовать злоумышленник, это:

Получение контроля над приложением для неконтролируемого потребления данной услуги или обман биллинговой системы и бесплатное (для злоумышленника) пользование всеми услугами мультисервисной сети.

Дискредитация легального абонента из личных побуждений (например, месть или отвлекающий маневр межличностных интриг, и т.п.).

Кража дорогостоящего контента (в целях личной наживы, шантажа или промышленного шпионажа).

Различные формы мошенничества, связанные с системой взаиморасчетов между операторами, сервис-провайдерами и контентодержателями.

Вывод из строя атакой типа DoS одного или нескольких приложений либо для личного самоутверждения и доказательства своей способности сломать глубоко эшелонированную оборону, либо в интересах конкурентов.

Для предотвращения несанкционированных действий в мультисервисных сетях применяется многоуровневая структурированная система информационной безопасности. В такой системе ни один человек, даже легальный администратор, не должен иметь контроля над несколькими жизненно-важными приложениями, где активно используются клиентские профили, содержащие finger- & voice- print досье, контролируется топология виртуальных каналов и маршрутизация трафика, то есть соответствие клиентского адреса и доступных ему сегментов сети. Однако, несмотря на конечность уязвимостей, всегда остается вероятность вторжения, как на сетевом, так и на прикладном уровне.

Уязвимость сетевых приложений

Формально, если злоумышленник преодолел оборону сетевого уровня модели ISO, для любого приложения он является легальным абонентом. Но, на прикладных уровнях модели ISO, также возможно выявление атак злоумышленников, предотвращение и пресечение их несанкционированного доступа к приложениям. Для предотвращения нештатных ситуаций необходимо выявить потенциальные угрозы информационной безопасности. Они обусловлены уязвимостью прикладных уровней сетевой модели ISO/OSI. Выявленные угрозы позволяют уточнить возможные сценарии реализации атак, использующих штатные алгоритмы и функции соответствующего уровня.

Функции прикладного уровня можно разделить на три группы:

Установление и разрыв сеанса.

Функции, используемые в процессе нормального хода сеанса.

Функции, активируемые при аномальном протекании сеанса (при неисправности узла или нарушении протокола).

Функции управления сеанса выполняют следующий набор операций:

определение места расположения запрашиваемых ресурсов;

установление связи с соответствующим узлом сети и получение согласия на установление соединения;

проверка наличия необходимых для взаимодействия ресурсов (найри- мер, буферная память, плейер или иной тонкий клиент);

уточнение протоколов взаимодействия.

Макрокоманды прикладного уровня обеспечивают: прозрачность для удаленного или местного ресурсов, выпелнейие операций, агрегированных с удаленными данными, обработку команд прикладных программ, обращающихся к виртуальным т^миналам или виртуальному пространству экрана, и т.п. Редактирование и трансляция объединяют функции: компрессии/декомп- рессии, перекодирования, форматирования (документов, экрана или таблиц), приформовывание повторяющейся информации (header, надстрочные заголовки или даты), использование графики.

Функции обеспечения диалога управляют вводом и сбором данных, хранят и при необходимости вставляют часто употребляемые словосочетания или шаблоны, обеспечивают выбор по дереву целей на основе меню или мастера запросов.

Средства удаленного управления программами объединяют:

нисходящую загрузку (загрузка приложения с сетевого сервера);

выполнение программ восходящего дампинга (дамп памяти удаленной программы на «родительской машине» для тестирования или обеспечения секретности);

отработку команд языка управления заданиями.

Восстановление при ошибках обеспечивает: дополнительный (внешний по отношению к транспортному уровню) контроль по группам операций, восстановление при сбросах или рестартах транспортной системы без разрыва сеанса, в случае разрыва сеанса, в том числе и принудительного, сохранение целостности данных и рестарт с контрольной точки.

Уровень управления сеансом

На этом уровне активируются процессы установления сеанса между сетевыми процессами его хода и завершения. Сеансы взаимодействий между процессами, в основном, порождаются:

обращениями к сетевой файловой структуре (NFS)Network File System;

структурированными запросами к СУБД различных информационных систем (SQL)Structured Queiy Language;

вызовами удаленных сетевых процессов (RPC)Remote Procedure Call;

клиентскими приложениями на сетевых терминалах X-Window System; ♦ протоколом управления сеансом (SCP) Session Control Protocol.

Атаки, использующие эти межпроцессные взаимодействия, концентрируются на внедрении и активации под видом легальных процессов различных паразитных программ, таких как:

резидентные вирусы, которое перегружают процессор и снижают его производительность для проведения внешней атаки, перегружают за-

данные порты (например, управляющие) или выполняют любой другой алгоритм на уровне различных частей операционной системы над или под вектором прерывания;

троянские кони, то есть програм-мы, направленные на захват ресурсов сервера приложения и дистанционное управление ими, а также кражу коммерческой информации или ее подмену;

черви — программы, способные репродуцироваться и распространяться по сети от компьютера к компьютеру.

Все они размещаются в оперативной памяти сервера приложения или маскируются в его файловой системе.

По мере усложнения программного обеспечения, увеличивается число неисследованных состояний программ и нештатных ситуаций в их функционировании. Это повышает вероятность перевода лицензионно чистого программного обеспечения в нештатный или не полностью контролируемый режим. Однако, действия злоумышленника формально всегда сводятся к одному и тому же: к установлению нештатного сеанса взаимодействий между приложениями или нештатному использованию легального сеанса, для направления на объект атаки инкапсулированного в легальный информационный поток тела паразитной программы.

В мультисервисной сети поддерживаются множество приложений, через каждое из которых возможно вторжение злоумышленников. Система разграничения доступа приложений к ресурсам сети и множество клиентских транзакций в каждом приложении существенно ограничивают возможности злоумышленников. Максимальное разграничение достигается за счет реализации каждого приложения на специализированном сервере или кластере таких серверов.

Управление представлениеминформации сетевых приложений

Служба представления данных обеспечивает стандартные способы взаимодействия процессов при решении задач сетевых взаимодействий и образует единый интерфейс для операционных систем и прикладных программ. Эти функции реализуются программными интерпретаторами и трансляторами, которые преобразуют данные и процедуры соответствующие протоколам взаимодействия процессов, в форму, определяемую спецификой операционных систем и аппаратных реализаций вычислительных систем, используемых для организации процессов сетевых взаимодействий.

Представление информации, используемой приложением, обеспечивает кодек, то есть программа — преобразователь двоичного кода того или иного формата в текстовые символы или графические примитивы, которые позиционируются и отображаются на экране монитора абонента в соответ-

ствии с указаниями управляющих символов или макрокоманд и определений. К этому прикладному уровню сетевых взаимодействий относятся также любые формы криптозащиты.

Главная задача, которую предстоит решить злоумышленнику на этом уровне сетевой модели ISO/OSI,——это, используя легальные процессы, активируемые межпроцессным взаимодействием, замаскировать, скрытно доставить и разместить на атакуемом компьютере тело паразитной программы. Куски кода паразитной программы могут быть внедрены под видом макроопределений. Внедрение осуществляется путем дописывания кода в конец легального файла или в его середину, но так, чтобы соответствующее приложение, читающее данный файл, не отображало тело программы. Если легальный файл не до конца заполняет последний кластер из цепочки кластеров и имеет немного места после символа конца файла, то паразитная программа может использовать такие пустоты для размещения. В последнем случае, код будет не распознаваем ни для одного из легальных приложений. Только сборщик паразитной программы, которому будет известна карта расположения фрагментов кода паразитной программы, локализует и интерпретирует этот битовый набор как фрагмент тела программы. Такие распределенные внедрения тяжело локализуются, так как даже обращение к конкретному кластеру, содержащему тело паразитной программы за маркером конца файла, отобразит его лишь как битовый мусор, оставшийся от предыдущих записей в данное место на диске.

Возможность внедрения в тело файла нештатных макрокоманд составляет главную угрозу для любых приложений на уровне представления инфор- мации. Такое внедрение позволяет замаскировать момент активации пара” зит^ной программы и точку входа в нее (например, в среде Windows чаще всего обращения к точкам входа в паразитные программы размещаются в виде макрокоманд в реестре).

Стандартные языки разметки документов позволяют их быстро создавать и адекватно отображать на терминале абонента с помощью макрокоманд. Для придания динамичности и интерактивности документам, циркулирующим по сети, и в частности Web-документам, разработаны специальные языки. Эти языки обеспечивают технологии управления ходом сеанса и реализации сценариев взаимодействия (CGI-сценарии, реализуемые на сервере приложения при приеме на него информации из полей форм Web-документа абонента, Java или VB Script-ы, интерпретируемые на клиентском терминале). Содержание страницы может зависеть от желания пользователя, однако для его изменения все равно необходимо производить загрузку новой страницы либо во фрейм отображаемой страницы, либо в новое окно браузера. Причем, эти изменения связаны с необходимостью взаимодействия с элементами управления: кнопка, поле ввода, переключатель, и т.п.

Перечисленные технологии являются мощными инструментами создания интерактивных приложений, однако они ограничены возможностями соот-

ветствующих языков сценариев. Апплеты Java и элементы управления ActiveX, создаваемые с помощью современных объектно-ориентированных языков программирования, позволяют внедрять в документ программируемые объекты и взаимодействовать с ними, меняя их свойства и вызывая методы их обработки посредством языков сценариев. Таким образом, под видом легального документа может быть внедрена паразитная программа, активируемая браузером на удаленной машине клиента или на сервере приложения.

Написать «вирусоподобные» паразитные программы становится все проще. Они становятся мобильными и могут функционировать на любой платформе. Многие новые «черви» и «троянские коня» не имеют явной разрушительной функции. Их главная задача — это скрытное получение контроля над пораженным узлом. Подобная стратегия часто применяется для организации массовых распределенных атак и создания «боевых сетей».

Распределенные атаки становятся все более частыми и опасными. Так, DoS (распределенные атаки типа «отказ в обслуживании») представляют собой новую и весьма серьезную угрозу. Такая атака является многоуровневой. При этом атаку осуществляют «зомби» — троянские - программы, функционирующие на пораженных компьютерах и управляемые мастер-программами, также работающими на «взломанных» компьютерах и способными мигрировать по случайному закону от узла к узлу, не теряя контроля над сетью. В результате, оказывается, практически невозможно отследить реальный источник угрозы, «центр управления» атакой. Кроме того, защититься от атаки, идущей одновременно с сотен и тысяч источников, крайне затруднительно.

Приложения, связанные с авторизацией и аутентификацией на основе различных форм цифровой подписи, а также с любыми формами обеспечения конфиденциальности информационного обмена, базируются на серверах сертификационных центров, хранящих эталоны конфиденциальных ключей. Сервер крипто-приложений является одним из основных объектов атак злоумышленников. Поэтому он входит в наиболее тщательно защищенные сегменты мультисервисной сети, содержащие наиболее коммерчески значимые приложения:

сертификации и хранения эталонных электронных ключей;

аутентификации абонентов по биопараметрической информации;

авторизации крупных транзакций приложений m-commerce;

биллинга и экуантинга клиентов мультисервисной сети.

Коммерческая значимость этих приложений определяется не объемом прибыли от продажи услуг, а масштабами ущерба, который может нанести злоумышленник в случае успешной атаки на эти системы жизнеобеспечения мультисервисной сети.

Управление процессами,реализующими сетевые приложения

Любая прикладная программа, в том числе и сетевая, взаимодействуя с операционной системой компьютера адресата, обращается к системным прерываниям и активирует различные программы работы с ресурсами компьютера, работающего с соответствующим приложением. Например:

обращение Web-сервера или машины баз данных к файловой системе;

чтение и отображение на экране монитора;

воспроизведение клиентским приложением в аудиосистеме компьютера агрегата данных в том или ином формате с помощью браузера, плейера или иной программы.

Для того, чтобы паразитная программа могла бы быть активирована злоумышленником, необходимо, чтобы она получила управление либо за счет дистанционного запуска с атакующего компьютера, либо за счет передачи управления исполнимому коду паразитной программы каким-нибудь легальным приложением.

Активизация паразитной программы —— «зомби» на любой машине сети открывает потенциальный путь к несанкционированным распределенным вычислениям и обработке информации. Такие вычисления могут производиться даже без ведома владельцев компьютеров. Хотя в известных случаях цели были вполне мирными, ресурсы компьютеров использовались для поиска сигналов внеземных цивилизаций, никто не гарантирует, что красивые скринсейверы или иные легальные программы на десятках тысяч клиентских машин не будут на самом деле заниматься криптографическим анализом в чьих-то интересах.

Еще одна интересная тенденция — попытки обхода криптозащиты с помощью косвенных методов. Известен прецедент попытки «взлома» (а точнее, обхода) защищенного протокола SSH за счет анализа временных промежутков между посылками. Увеличение мощности компьютеров и возможность организации параллельных распределенных вычислений в сочетании с современными математическими методами, может привести к резкому падению защищенности информации. Применение корреляционных методов анализа и использование нейронных сетей позволяет повысить эффективность, как атак, так и обороны.

Распределенная обработка ——это наиболее сложный режим выполнения прикладных задач, предполагающий наличие сложных процедур управления сеансами и расширенные функциональные возможности операционных систем серверов приложений.

В мультисервисной сети на сетевые взаимодействия накладываются ограничения по активации процессов и их дистанционному запуску. Дело в том, что необходимость активации различных системных функций в ходе сете-

вой сессии вступает в противоречие с ограничениями на дистанционный запуск программ, обусловленными политикой сетевой и информационной безопасности.

Структура сценариев взаимодействия, обеспечивающих сетевые приложения, позволяет сгруппировать все необходимые функции и определить условия их активации, а также определить систему назначения портов для процессов и соединений между ними в соответствии с политикой безопасности и архитектурой мультисервисной сети. Эти меры затрудняют несанкционированное вторжение, но не могут полностью предотвратить его угрозу.

2.2. Система безопасностиприкладных сетевых ресурсов

Прикладные ресурсы мультисервисной сети имеют ощутимую коммерческую значимость. Их стоимость неуклонно растет и может составлять миллиарды долларов. Поэтому система безопасности мультисервисной сети сталкивается с массированными и хорошо подготовленными атшеами, противостоять которым сможет только хорошо продуманная и отлаженная система защиты.

Безопасность приложений мультисервисной сети подразумевает, что все меры политики безопасности транспортного уровня соблюдены. Ее главная задача —защита информационных приложений от кражи, уничтожения, изменения, блокировки или компрометации коммерческой информации. Она обеспечивается за счет комплексной системы защиты, включающей в себя:

межсетевые экраны;

имитаторы прикладных ресурсов и сегментов мультисервисной сети;

сканеры обнаружения вторжений;

системы аудита журнальных файлов;

системы анализа статистических характеристик трафика и многое другое.

Физическое воздействие может привести к повреждению объекта, потере функциональности, либо к появлению в системе чужеродных объектов, влияющих на работу системы или осуществляющих съем информации. Для минимизации риска физического воздействия используются классические методы физической защиты: защитный периметр, пропускная система и контроль доступа персонала, видеонаблюдение, «закладки» и системы сигнализации, активируемые при похищении оборудования, вооруженная охрана, служба собственной безопасности, и т.п.

В первую очередь специфика приложений мультисертисной сети — это, при соблюдении очень жестких требований к защите информации, необходимость обеспечения «прозрачного» доступа (в том числе, при необходимости, и через терминальные сервисы) для клиентов, работающих как через Интранет,

так и через Интернет. Еще одной особенностью является отсутствие «коробочного» решения для комплекса приложений мультисервисной сети. Каждый сервис, как правило, разрабатывается автономно, а затем интегрируется в конкретную реализацию, что ведет к использованию разнообразных платформ и приложений и не позволяет сконцентрироваться на безопасности какой-либо одной платформы или одной линии продуктов. Следует учитывать и то, что доступ к определенной категории клиентской информации не должен иметь никто, включая администраторов системы.

Все прикладные системы мультисервисной сети базируются на соответствующих серверах приложений, каждый из которых обязательно имеет свою операционную систему, необходимый набор прикладных программ и свою собственную или внешнюю систему управления базами данных. Комплексная система безопасности на прикладном уровне должна регистрировать атаки, как на само приложение, так и на систему его информационного обеспечения и реагировать адекватно выявленной ситуации.

Любая атака в сети может быть разделена на три этапа. Первый, подготовительный, этап — это разведка обороны противника. Он заключается в поиске уязвимостей, то есть предпосылок для осуществдения той или иной атаки, использование которых позволит реализовать атаку, т.е. перейти ко второму этапу. На третьем этапе атака завершается и решается задача скрытности отхода, «заметаются» или имитируются ложные следы, и т.д. При этом первый и третий этапы сами по себе могут являться атаками. Например, поиск нарушителем уязвимостей при помощи сканеров безопасности (n шар или SATAN) может считаться атакой.

Как известно, война ——путь обмана. И информационная война ——не исключение. Обе противоборствующие стороны широко пользуются его плодами. Применительно к системам безопасности обман — это методы сокрытия, камуфляжа и дезинформации противника.

Существующие механизмы защиты, реализованные:

в межсетевых экранах (firewall), решающих задачи разграничения доступа и сокрытия реальной архитектуры сегментов мультисервисной сети;

на серверах аутентификации, использующих свой интерфейс для камуфляжа типа операционной и прикладной систем. Как правило, каждая операционная система обладает присущим только ей представлением механизма идентификации пользователя, отличающимся от своих собратьев цветом и типом шрифта, которым выдается приглашение; текстом самого приглашения, местом его расположения, и т.д* Камуфляж позволяет защититься от такого рода атак;

на иных системах разграничения доступа, использующих дезинформацию для получения дополнительного запаса времени на пресечение атаки, работают только на втором этапе.

По существу они являются средствами блокирующими, а не упреждающими атаки. В абсолютном большинстве случаев они защищают от атак, которые уже находятся в процессе осуществления. Даже если они могут предотвратить ту или иную атаку, гораздо более эффективным было бы упреждение атак, т.е. работа с первой фазой атаки: устранение самих предпосылок реализации вторжений за счет анализа эффективности политики сетевой и информационной безопасности. Обеспечение адекватной защиты на третьем, завершающем, этапе не менее важно, чем на первых двух. Ведь возможность сохранения прямых и косвенных улик несанкционированных действий — это основной инструмент для расследований, проводимых службой безопасности мультисервисной сети. Только при наличии протоколов несанкционированных действий, как на реальном, так и на имитируемом ресурсе, можно реально выявить цели злоумышленника и оценить ущерб, который он нанес- или мог бы нанести в случае успешного завершения атаки, а также разработать меры по устранению дальнейших попыток реализовать аналогичную атаку.

Имитаторы сетевых и информационных ресурсовмультисервисных сетей

Хотя обнаружение атак на прикладном уровне обеспечивает реагирование с некоторой задержкой, в квазиреальном масштабе времени, при правильной реализации, эта задержка может быть минимальна и система безопасности будет реагировать почти в реальном масштабе. В отличие от устаревших систем, которые проверяют статус и содержание журналов регистрации через заранее определенные интервалы, современные системы безопасности на прикладном уровне получают прерывание от ОС, как только появляется новая запись в журнале регистрации. Эта новая запись может быть обработана сразу же, значительно уменьшая время между распознаванием атаки и реагированием на нее. Остается задержка между моментом записи операционной системой события в журнал регистрации и моментом распознавания ее системой обнаружения атак. Для системы безопасности прикладного уровня очень важна минимизация времени задержки реакции, так как во многих случаях злоумышленник может быть обнаружен и остановлен прежде, чем нанесет какой-либо ущерб.

В целях предотвращения ущерба от атак злоумышленников необходимо, с помощью системы безопасности прикладного уровня, выиграть как можно больше времени. Запас по времени необходим службе безопасности для обнаружения, локализации и пресечения несанкционированных действий. В последнее время в комплексах прикладной сетевой безопасности появились методы отвлечения атак злоумышленников на виртуальные имитаторы сетевых или информационных ресурсов. Эти системы эмулируют те или иные известные уязвимости, которых в реальности не существует. Использование средств (deception systems), реализующих камуфляж и дезинформацию, приводит к следующему:

Во-первых, увеличение числа выполняемых злоумышленником операций и действий. Так как заранее определить является ли обнаруженная уязвимость истинной или нет, нарушителю приходится выполнять много дополнительных действий, чтобы выяснить это. И даже дополнительные действия не всегда могут ему помочь. Например, попытка запустить программу подбора паролей (например, Crack для Unix или LOphtCrack для Windows) на сфальсифицированный и несуществующий в реальности файл, приведет к бесполезной трате времени без какого-либо видимого результата. Нападающий будет думать, что он не смог подобрать пароли, в то время как на самом деле программа «взлома» была просто обманута.

Во-вторых, получение возможности отследить нападающих. За тот период времени, когда злоумышленник пытается проверить все обнаруженные уязвимости, в т.ч. и фиктивные, администраторы безопасности могут проследить весь путь до нарушителя или нарушителей и предпринять соответствующие меры, например, сообщить об атаке в соответствующие «силовые» структуры.

Такие методы целесообразны при возникновении подозрения на атаку, регистрации комбинации действий соответствующих шаблонам (сигнатурам) известных типов атак и выполнении критериев несанкционированной активности удаленных клиентов мультисервисной сети или администраторов, какого-либо приложения. Например, несоответствие действий администратора сценариям его взаимодействия с ресурсами на основе его должностных инструкций или резкое изменение в сценариях сетевого поведения легального клиента по сравнению со среднестатистическим портретом его активности, хранящимся в клиентском профиле.

Так как многие приложения и сервисы, внедряемые в мультисервисных сетях, не имеют предыстории или эксплуатируются недавно, перед запуском нового сервиса необходима длительная процедура тестирования и конфигурирования. Для определения настроек брандмауэров требуется анализ трафика, определение диапазона открытых портов, статистических характеристик трафика в различных режимах.

Идентификация, аутентификацияи авторизация абонентов мультисервисной сети

Любая система разграничения доступа к сетевым и информационным ресурсам построена на распознавании субъекта, запрашивающего ту или иную транзакцию. Под процедурой идентификации понимают установление соответствия между запросом на услугу или ресурс и конкретным пользователем мультисервисной сети, для тарификации и биллинга потребленных им услуг, так и любым другим абонентом — сотрудником оператора, обеспечивающим работоспособность сети. Обычно идентификация проводится на основе сетевой адресации, позволяющей локализовать клиентский порт. Однако, часто можно столкнуться с ситуацией, когда на одном абоненте-

ком окончании локализуются несколько потребителей, каждый со своим счетом или субсчетом. В этой ситуации в мультисервисных сетях используют дополнительную информацию о субъекте и прибегают к процедуре аутентификации пользователя. Главная задача этой процедуры — с помощью конфиденциальной информации о клиенте определить конкретного человека так, чтобы соответствие было однозначным с достоверностью, оговоренной в клиентском договоре или в должностной инструкции. В речевых услугах с добавленной стоимостью, использующих механизмы тарификации, это может быть PIN-код, любая разновидность пластиковой карты (SIM, Chip, Smart и т.п.) или voice-print. В случае услуг передачи данных это могут быть: пароль, memory-stick, электронный ключ или подпись абонента, pen-drive, биометрические параметры, и т.д.

Процедура аутентификации крайне важна и приобретает все большее значение по мере развития системы виртуальных финансовых потоков, взаиморасчетов и Internet-денег. В мультисервисной сети оплата любых услуг сводится к транзакции авторизованной (подтвержденной) клиентом, то есть операции с безналичными деньгами, зачисленными на счет клиента.

Internet-деньги нельзя привязывать к какому-то конкретному изделию (интеллектуальным картам, аппаратуре ввода данных конкретной фирмы, аппаратуре сертификационных центров конкретной фирмы). Необходимо создание надежных криптографических процессоров, инвариантных к вычислительной среде и способных надежно хранить секреты своего владельца. Предполагается, что в ближайшее время в связи с развитием ш- commerce, в мультисервисных сетях произойдет усиление паролей и криптографических протоколов аутентификации биометрическими технологиями. Ожидается, что система распознавания будет весьма и весьма надежной. Она должна узнавать своего хозяина с вероятностью 0,95...0,99 и распознавать чужого с вероятностью ошибки не превышающей 10-80... 10-800. Таких вероятностей можно добиться, если биометрический образ личности сделать тайным.

Биометрические системы с открытыми (публичными) образами личности:

портрет человека анфас, профиль или 3D;

тепловой портрет человека;

глазное дно;

радужная оболочка глаза;

расположение вен на руке;

отпечаток пальца;

2D и 3D геометрия руки;

геометрия уха;

генотип;

следы пота;

запах тела.

не могут использоваться системами распознавания следующего поколения. Такие биометрические системы не могут гарантировать тайну биометрического образа, который может быть довольно легко подменен злоумышленником, на уровне предъявления статичного контрольного параметра соответствующему датчику. Они оказываются весьма уязвимы в слабо защищенном пространстве малого офиса и личного дома. Такие системы могут быть обмануты хорошо выполненным муляжом открытого (не тайного) биометрического образа. Кроме того, этот тип систем не обеспечивает анонимность пользователя.

Для систем распознавания личности нового поколения наиболее подходят системы динамической биометрии, например, системы, построенные на анализе динамики рукописного почерка человека (авторучка компании IBM со встроенным трехосным акселерометром, снимающим индивидуальную динамику движения руки) или системы, построенные на анализе особенностей голоса человека (voice-print компании Nuance). Такие системы могут обеспечить тайну биометрического образа личности, если пользователь аутентифицируется, воспроизводя тайное слово-пароль. Кроме того, тайный биометрический образ пользователя может быть изменен при его компрометации. Достаточно изменить тайное слово-пароль, воспроизводимое пользователем при речевой аутентификации, или предложить заменить роспись клиента на любую другую текстовую последовательность. Это приводит к кардинальному изменению тайного биометрического образа пользователя. Даже если злоумышленник смог перехватить электронный образ личности, выдаваемый датчиком или программой анализатором, то он вовсе не гарантирован, что этот образ удовлетворит сертификационный центр, хранящий образцы электронных ключей-эталонов, так как в отличие от статических биометрических параметров динамические могут быть легко изменены.

Технический уровень двух координатных систем динамической биометрии позволяет надежно различать порядка 100 почерков разных людей, рукописно воспроизводящих одно и то же слово. Голосовые системы позволяют надежно различать между собой порядка 100 только мужских (только женских) голосов, произносящих одну и ту же парольную фразу. Заметим, что сохранить в тайне рукописно воспроизводимую фразу проще, чем фразу, воспроизводимую голосом. Как следствие, системы аутентификации по особенностям динамики рукописного почерка надежнее голосовых систем.

Важным обстоятельством является то, что системы динамической биометрии могут использовать, для ввода биометрической информации, стандартную, уже имеющуюся на компьютере клиента, периферию (например, звуковые карты или графические планшеты), стоимость которой не превосходит несколько десятков долларов.

Обеспечение тайны биометрического образа позволяет существенно улучшить вероятностные характеристики биометрии. Так, обычный пароль из 5 букв русского алфавита (первая буква может быть заглавной, а остальные буквы находятся в нижнем регистре клавиатуры) обеспечивает только 108 возмож-

ных комбинаций. Однако, если этот пароль воспроизводить рукописно 100 надежно различимыми почерками, то мы получим 108 • 100 = 10800 комбинаций. Это иллюстрирует то, насколько эффективно может быть использование тайных биометрических образов. Число комбинаций 10800 ——это оценка сверху, не учитывающая возникающие в биометрических образах коллизии. Более реальные оценки должны находиться в интервале от 1080 до 10800. Одаако, даже оценка 1080 возможных комбинаций легко перекрывает требования, предъявляемые сегодня к коммерческим (не военным) приложениям, построенным на использовании для электронной подписи симметричной и асимметричной криптографии.

Важным вопросом является вопрос стыка биометрии и криптографии. Одним из технических приемов объединения преимуществ биометрии и криптографии является использование искусственных нейронных сетей для синтеза личного криптографического ключа пользователя. Для обеспечения тайны весьма интересным является то, что одинаковые по структуре нейронные сети могут выполнять множество совершенно разных математических операций. Поэтому злоумышленник, пытающийся изучить нейросеть, обученную на распознавание тайного биометрического образа пользователя, не может применить известные математические приемы. Он не может однозначно установить даже тип операций, осуществляемых нейронной сетью. В биометрии весьма важным является использование расширяющихся нейронных сетей, не увеличивающих определенности (детерминированности) внутренних сигналов по мере подъема на верхние слои сети. Сужающиеся сети увеличивают определенность (детерминированность) их сигналов по мере приближения к выходу сети.

Очевидно, что достаточную криптографическую стойкость к изучению могут обеспечить только большие (широкие и глубокие) нейронные сети, имеющие порядка 100 входов (например, 64 входа) и порядка 10...16 последовательных слоев. Обучение таких сетей должно осуществляться за несколько минут машинного времени на 20...30 примерах биометрических образов. Обучение такой нейросети методом обратного распространения ошибки неприемлемо для биометрии, так как оно может занять несколько суток машинного времени.

У обычных итерационных методов обучения вычислительная сложность не нормируется. Она оказывается непомерно большой для биометрии, так как биометрические данные, как правило, имеют плохое качество (большой разброс и вероятностную детерминированность). Поэтому необходимо использовать специальные алгоритмы быстрого обучения искусственных нейронных сетей, имеющие квадратичную вычислительную сложность.

Инфраструктура мультисервисной сета должна обеспечивать возможность использования любых методов идентификации, аутентификации и авторизации. В зависимости от коммерческой значимости услуги и пожеланий абонента, договором может быть определена любая схема и алгоритм ре-

шения этих задач при взаимодействии конкретного клиента с контентом или услугой с добавленной стоимостью. Централизованная архитектура доступа к сетевым и информационным ресурсам абонентов мультисервисной сети облегчает эту задачу. Она позволяет внедрить иерархическую архитектуру авторизации, каждый уровень которой реализуют специальные службы с соответствующими уровнями секретности и разграничения доступа в зависимости от стоимости ресурсов и пожеланий клиента. Также возможно ветвление этих процедур в рамках одного уровня. При авторизации на уровнях повышенной защищенности клиент должен иметь возможность выбора подсистемы, реализующей тот или иной алгоритм авторизации и использующей приемлемое для него аппаратно-программное решение.

Методы шифрования информации и требованияпо обеспечению криптографической безопасности

в мультисервисных сетях

Процессы аутентификации и авторизации в мультисервисных сетях неразрывно связаны с криптозащитой информации. Шифрование электронной подписи повышает точность этих процессов и существенно снижает вероятность возникновения нештатной ситуации из-за ошибки распознавания или действий злоумышленника.

Существует довольно ограниченное множество алгоритмов шифрования. Поэтому естественно предполагать, что алгоритм воздействия на передаваемые данные известен всем сторонним лицам, а не только получателю и отправителю информации. Однако, зачастую знание алгоритма ——лишь первый шаг на пути дешифрования, так как он зависит от некоторого параметра —«ключа», которым обладают только отправитель и получатель. Число возможных комбинаций кодовой последовательности без знания этого ключа может обеспечивать криптостойкость на многие десятки лет. Различают два типа таких алгоришов:

Симметртганые 1фиптоалгоритмы, использующие для зашифровки и расшифровки сообщения один и тот же блок информации (ключ).

Асимметричные криптоалгоритмы, использующие для зашифровки сообщения один («открытый») ключ, известный всем желающим, а для расшифровки —другой («зшфытый»), существующий только у получателя.

Любые криптографические преобразования не должны существенно увеличивать объем информации. Они лишь изменяют ее представление. Уменьшение объема закодированного файла возможно только при наличии в криптосистеме встроенного алгоритма архивации, а также при условии сжимаемости информации (так, например, архивы, музыкальные файлы фолата MP3, видеоизображения формата JPEG сжиматься более чем на 2...4% не будут). По характеру обработки исходной инфсфмации алгоритмы шифрования можно разделить на:

Перестановочные, которые не изменяют блоки информации (байты, биты, более крупные единицы) сами по себе, но изменяют порядок их следования, что делает информацию недоступной стороннему наблюдателю.

Подстановочные, которые изменяют сами информационные блоки по законам криптоалгоритма.

Цифровые телекоммуникации подразумевают различные сценарии взаимодействия субъектов. Конвергенция речевых технологий и сетей пакетной коммутации допускает ситуации, когда передача информации носит потоковый характер. Она начинается и заканчивается в произвольные моменты времени и может случайно прерываться или когда информационный объект четко локализован в пространстве и во времени (например, файловый обмен) и может быть разбит на блоки, передаваемые независимо, и т.п. В зависимости от сценариев криптоалгоритмы можно разделить на:

Потоковые, когда единицей кодовой обработки является один бит и результат кодирования не зависит от прошедшего ранее входного потока (наиболее яркие представители таких реализаций ——скремблеры, в том числе и речевые).

Блочные, когда кодовой обработке подвергается блок из нескольких байт (в настоящее время 4...32), а результат кодирования зависит от всех исходных байт этого блока.

Блочные алгоритмы являются основой, на которой реадизовцны практически все современные криптосистемы. Цепочки байт зашифровываются блочными алгоритмами. Методика позволяет шифровать ими пакеты информации неограниченной длины. Такое свойство блочных шифров, как быстрота работы, используется асимметричными криптоалгоритмами, медлительными по своей природе. Отсутствие статистической корреляции между битами выходного потока блочного шифра используется для вычисления контрольных сумм пакетов данных и в хешировании паролей.

Все схемы создания цепочек основаны на идее зависимости результирующего зашифровываемого блока либо от цепочки предыдущих блоков, либо от позиции его в исходном файле. Это достигается с помощью блока «памяти» — пакета информации длины, равной длине блока алгоритма. Блок памяти или «вектор инициации» вычисляется по определенному принципу из всех прошедших шифрование блоков, а затем накладывается с помощью какой-либо обратимой функции на обрабатываемый текст на одной из стадий шифрования. В процессе декодирования на приемной стороне операция создания «вектора инициации» повторяется на основе принятого и расшифрованного текста, вследствие чего алгоритмы создания цепочек полностью обратимы.

Прочесть зашифрованный блок данных,можно, перебирая все возможные ключи до тех пор, пока сообщение не окажется осмысленным, по теории вероятности искомый ключ будет найден с вероятностью 1/2 после пере-

бора половины всех ключей. На взлом стойкого криптоалгоритма с ключом длины N потребуется в среднем 2N-1 проверок. Таким образом, в общем случае стойкость блочного шифра зависит только от длины ключа и возрастает экспоненциально с ее ростом. Даже предположив, что перебор ключей производится на специально созданной многопроцессорной системе, в которой, благодаря диагональному параллелизму, на проверку 1 ключа уходит только 1 такт, то на взлом 128-битного ключа современной технике потребуется не менее 1021 лет. Эта цифра показывает, что даже использование для взлома системы криптозащиты путем подбора специальных «боевых сетей», построенных из множества сегментов Интернет, оказывается малоэффективным занятием. Гораздо более уязвимым местом такой системы является утечка информации из-за человеческого фактора.

Характерным признаком блочных алгоритмов является многократное и косвенное использование материала ключа. Это диктуется, в первую очередь, требованием к ключу, гарантировать невозможность обратного декодирования при известных исходном и зашифрованном текстах. Для решения этой задачи в кодирующих преобразованиях чаще всего используется не само значение ключа или его части, а некоторая, иногда необратимая, функция от материала ключа. Более того, в подобных преобразованиях один и тот же блок или элемент ключа используется многократно. Это позволяет при выполнении условия обратимости функции относительно величины X сделать функцию необратимой относительно ключа.

Примеры криптостойких алгоритмов приведены в табл. 1.

Таблица 7

Название алгоритма

Автор

Размер блока, бит

Длина ключа, бит

IDEA

Xuejia Lia and James Massey

64

128

CASH 28

64

128

BlowFish

Bruce Schneier

64

128...448

TwoFish

Bruce Schneier

128

128...256

MARS

Корпорация 旧M

128

128...1048

Повысить стойкость всей системы в целом удается за счет внесения случайности в процесс шифрования за счет создания ключей сеанса. В этом случае необходимо введение какой-либо случайной величины в процесс шифрования. Например, созданием специально для каждого файла совершенно случайного ключа, так называемого ключа сеанса, которым и шифруется весь файл. Сам же ключ сеанса шифруется первоначальным ключом. Он называется в этом случае мастер ключом и помещается в начале зашифрованного файла.

Три американских математика — Джеффри Хоффштейн (Jeffrey Hoflstein), Джилл Пифер (Jill Pipher) и Джозеф Силверман (Joseph Silverman) — полу-

чили патент No. 6.081.597 на новую систему криптозащиты музыкальных файлов. Новшеством является то, что каждая секунда записи кодируется отдельным открытым ключом. Таким образом, 3-минутная запись будет закодирована с использованием 180 различных ключей, а каждый, кто сможет взломать ключ, насладится лишь одной секундой музыки. Процесс кодирования/декодирования очень прост и может проводиться «на лету», причем кодирование выполняется в один шаг, а декодирование ——в два (для сравнения: некоторые системы используют до 1000 шагов).

В половине случаев конечным пользователем криптосистемы является человек, а не автоматическая система. Поэтому естественен вопрос о том, удобно, и вообще реально ли человеку запомнить 128-битный ключ (32 шестнадцатеричные цифры). На самом деле предел запоминаемости лежит на границе 8...12 подобных символов. Следовательно, если заставлять пользователя оперировать именно ключом, мы практически вынудим его к записи ключа на каком-либо листке бумаги или электронном носителе, например, в текстовом файле. Это, естественно, резко снизит защищенность системы.

Для решения этой проблемы были разработаны методы, преобразующие произносимую, осмысленную строку произвольной длины — пароль, в указанный ключ заранее заданной длины. В подавляющем большинстве случаев для этой операции используются так называемые хеш-функции (от английского слова hashing ——мелкая нарезка и перемешивание). Свойства этих функций позволяют подавать на их вход пароли, то есть текстовые строки произвольной длины на любом национальном языке и, ограничив область значений функции диапазоном 0...2N-1, где N — длина ключа в битах, получать на выходе достаточно равномерно распределенные по области значения блоки информации — ключи.

Большое количество абонентов в мультисервисной сети приводит, в случае симметричного кодирования, к тому, что число ключей растет пропорционально квадрату от числа абонентов (в системе из N клиентов используется N2/2 ключей). При нарушении конфиденциальности какой-либо рабочей станции злоумышленник получает доступ ко всем ключам этого клиента и может отправлять, якобы от его имени, сообщения всем субъектам, с которыми《жертва» вела сетевые взаимодействия.

Своеобразным решением этой проблемы явилось появление асимметричной криптографии. Асимметричная криптография изначально ориентировалась на передачу сообщений от одного объекта к другому, (а не для конфиденциального хранения информации, которое обеспечивают только симметричные алгоритмы). Основная идея асимметричных криптоалгоритмов состоит в том, что для шифрования сообщения используется одан ключ, а при дешифровании — другой.

Процедура асимметричного шифрования необратима даже по известному ключу шифрования ——это второе необходимое условие асимметричной криптографии. То есть, зная ключ шифрования и зашифрованный текст, невоз-

можно восстановить исходное сообщение — прочесть его можно только с помощью второго ключа — ключа дешифрования. Поэтому ключ шифрования называют «открытым ключом», а вот ключ дешифрования получателю сообщений необходамо держать в секрете — он называется «закрьпым ключом». Алгоритмы асимметричного шифрования и дешифрования создаются так, чтобы, зная открытый ключ, невозможно вычислить закрытый ключ.

В асимметричных системах количество существующих ключей связано с количеством абонентов линейно (в системе из N пользователей используются 2*N ключей), а не квадратично, как в симметричных системах. При нарушении конфиденциальности взаимодействий клиента в мультисервисной сети злоумышленник узнает только закрытый ключ клиента, что позволяет ему читать все сообщения, адресованные клиенту, но не позволяет выдавать себя за него при формировании исходящего трафика.

При передаче хеш-суммы методом, защищенным от изменения, у получателя информации всегда есть возможность самостоятельно вычислить хеш- функцию от полученного на приемной стороне объекта. Полученный результат легко сверить с функцией, присланной отправителем. Если хотя бы один бит в вычисленной им самостоятельно контрольной сумме не совпадет с соответствующим битом в полученном от отправителя хеш-значении, значит, по ходу пересылки объект подвергся несанкционированному изменению.

Такие манипуляции с хеш-суммой информационного объекта представляют собой «асимметричное ши(^ювание наоборот, так как при отправке используется закрытый ключ отправителя, а для дешифрирования сообщения — открытый ключ отправителя. Подобная технология получила название «электронная подпись». Информацией, которая уникально идентифицирует отправителя (его виртуальной подписью), является забытый ключ d. Ни одан человек, не владеющий этой информацией, не может задать такую пару ключей, чтобы описанный выше алгоритм проверки дал бы положительный результат.

Главный вопрос, возникающий при использовании асимметричных криптоалгоритмов, ——это, где доказательство того, что данный набор байт является именно клиентским открытым ключом? Ведь злоумышленник может сгенерировать произвольную пару (закрытый ключ» открытый ключ), затем активно распространять или пассивно подменять при запросе легальный открытый ключ клиента созданным им фальшивым ключом. В этом случае отправитель, при отправке сообщения, зашифрует его тем ключом, который он будет считать легальным ключом клиента, а злоумышленник, перехватив сообщение, дешифрует его парным закрытым ключом. Более того, злоумышленник может переслать перехваченное сообщение дальше, зашифровав его легальным открытым ключом клиента. Точно так же, но по инверсной схеме, он может подменить и клиентскую электронную подпись. Вот почему, если между отправителем и получателем нет конфиденциальной схемы передачи асимметричных ключей, то возникает серьезная опасность появления злоумышленника-посредника.

Функции обеспечения конфиденциальности взаимодействий берет на себя третья сторона со специфичным сервисом, аналогичным нотариальной деятельности, —— сертификацией ключей (заверением их подлинности). Сертификатом называется информационный пакет, содержащий какой-либо объект (обычно ключ) и электронную подпись, подтверждающую этот объект от имени лица, вызывающего доверие получателя. Таким лицом в мультисервисной сети, в случае использования клиентами информационных взаимодействий с открытым ключом, является специальная служба — Центр сертификации криптосистемы.

Перед оператором мультисервисной сети встает серьезная проблема, так как Сертификационный центр, используемый в мультисервисной сети, должен гарантировать высокую надежность сертификации и пренебрежимо малую вероятность утечки конфиденциальной информации. С одной стороны, Сер^ тификационный центр должен находиться в наиболее защищенном сегменте мультисервисной сети. Это требует жесткого контроля со стороны оператора и выполнения всех требований политики информационной безопасности. С другой стороны, эта служба не может являться подразделением оператора мультисервисной сети, так как должна являться третьим независимым и незаинтересованным лицом во взаимоотношениях между клиентом и оператором.

В нашей стране, как и во многих других, национальными спецслужбами разработаны требования СОРМ (Система Организационно Розыскных Мероприятий), которым должен удовлетворять любой оператор на территории страны. Представляется целесообразным передать Сертификационные центры операторов мультисервисных сетей в ведение спецслужб государства, так как именно эти органы обеспечивают со стороны государства защиту интересов своих граждан, в том числе, и с точки зрения обеспечения их информационной безопасности, и гарантий конституционных свобод. Такое решение, никоим образом, не нарушит политику информационной безопасности оператора мультисервисной сети. Система разграничения доступа не позволит, без соответствующей санкции государственных органов, получить доступ к конфиденциальной информации клиента, содержащейся в его индивидуальном профиле, который представляет собой гиперсвязанный информационный объект, распределенный по множеству серверов приложений и служб обеспечения эксплуатации сети.

Для разработки стандартов применения методов криптозащиты в мультисер- висных сетях необходимо дополнить существующие законодательные акты о электронной подписи и Сертификационных центрах, положением о процедуре аттестации и сертификации самих Сертификационных центров на соответствие требованиям обеспечения конфиденциальности клиентской информации. На основании этого положения соответствующие государственные органы смогут подтвердить гарантии государства по обеспечению безопасности граждан, являющихся клиентами мультисервисной сети оп^)атора.

В отсутствие таких стандартов оператор мультисервисной сети будет вынужден взять на себя функции Сертификационного центра и в рамках клиентского договора оговорить предоставляемые клиенту гарантии информационной безопасности и защиты его финансовых потоков в мультисервисной сети.

2-2-4. Организация управления процессамисетевых приложений

Любые сетевые приложения в мультисервисной сети являются распределенными программными комплексами типа клиент-сервер, которые управляются соответствующими серверами — прикладными программами, работающими в среде соответствующей операционной системы. Современные тенденции развития мультисеврсисных сетей определяют трехуровневую структуру программных реализаций:

Операционная система, обеспечивающая взаимодействие приложений с аппаратными ресурсами сервера.

Прикладные сервера общего назначения, например, Web-сервер, обеспечивающий взаимодействие приложения с мультисервисной сетью, или сервер системы управления базами данных, реализующий любые взаимодействия с информацией клиентского профиля.

Специалижрованный серв^> приложения, кошфетного комплекса услуг.

Политика информационной безопасности должна предусматривать комплекс оборонительных мер на всех трех уровнях, предотвращая и пресекая атаки злоумышленников, а также реализуя комплекс мер по обеспечению непрерывности бизнеса и устранения последствий ущербов, наносимых несанкционированными действиями.

Какой бы то ни было ущерб информационным приложениям мультисервисной сети может быть нанесен лишь активными процессами, размещаемыми в оперативной памяти прикладного сервера. Анализ карты памяти сервера составляет основу автоматического контроля несанкционированных действий на прикладных уровнях мультисервисной сети. Алгоритмы этого анализа аналогичны комплексам антивирусной защиты, контролирующим как номенклатуру активных программ в оперативной памяти компьютера, так и сценарии взаимодействий между активными процессами, включая любые обращения к вектору прерываний его операционной системы.

Детекторы несанкционированных действий проводят сравнение цепочек обращений к тем или иным процессам на соответствие с шаблонами сценариев штатных взаимодействий, специфицированных соответствующим приложением. Отклонения от штатных взаимодействий могут быть вызваны:

сбоями в работе активных программ;

ошибками взаимодействий легальных клиентов с сетевыми приложениями;

тонко продуманными действиями злоумышленников.

В случае выявления любых отклонений, активируется процесс анализа нештатных ситуаций и проверка соответствия с шаблонами сценариев реализованных атак. База данных шаблонов реализованных атак должна непрерывно пополняться как за счет Интернет-публикаций, так и за счет собственных расследований службы безопасности мультисервисной сети.

В отличие от мелких и средних сервис-провайдеров, оператор мультисервисной сети имеет большую абонентскую базу. Поэтому внедрение любого нового класса услуг или информационных приложений требует размещения в узлах агрегирования услуг специализированных програмно-аппщэатных комплексов. Специализация аппаратно-программных комплексов по информационным приложениям позволяет ограничить номенклатуру легальных процессов и набор шаблонов их штатных взаимодействий в рамках каждого прикладного сервера, агрегируемого в узле агрегирования услуг мультисервисной сети.

Для операционной системы алгоритмы штатных прерываний вектора прерываний не подлежат ревизии, так как они составляют ядро системы, ее основные строительные элементы. Программы, автоматизирующие систему информационной безопасности, функционируют над уровнем операционной системы сервера приложения. Однако, несмотря на это, анализ динамики взаимодействия процессов, включая последовательность обращений к вектору прерываний операционной системы, позволяет выявить несанкционированные действия паразитных программ даже под вектором прерываний. Такие действия маскируются под штатные вызовы вектора прерывания, перемещая легальные обращения (например, прерывание, реализующее обращение к дисковой памяти или к сетевой карте сервера) в нештатную область оперативной памяти. При этом каждое обращение к вектору прерываний операционной системы активирует паразитную программу, сначала выполняющую свой набор команд, а затем передающую управление легальному обращению.

Выполнение кода паразитной программы для достижения ощутимого результата нуждается в активации процессов взаимодействия с информационными ресурсами мультисервисной сети, в модификации или инкапсуляции данных, используемых в межпроцессных взаимодействиях. Любое программное прерывание порождает цепочку прерываний или вызовов прикладных процессов, которые возвращают управление в точку прерыванта, породившую ее. Такие цепочки, в случае нештатных взаимодействий, реализуют шаблоны сценариев сетевых атак и могут регистрироваться по ассоциативному подобию.

Подозрение на выявление несанкционированных действий еще не дает системе безопасности оснований для нарушения презумпции невиновности клиента, но позволяет активировать комплекс мер по пресечению сетевых атак. Этот комплекс включает активные действия, разрывающие подозрительную сессию или использующие для получения доказательной базы имитаторы сетевых и информационных ресурсов, а также предусматривает анализ действий субъекта сети по всему архиву протоколов взаимодействий сетевых процессов, регистрируемых в журналах соответствующих приложений.

Рекомендации по комплексуорганизационно-технических мероприятийобеспечения безопасности мультисервисной сети

При разработке политики информационной безопасности мультисервисной сети необходимо:

уточнить критерии соответствия применяемых мер выдвигаемым требованиям;

определить угрозы того, что будет нанесен ущерб коммерческой деятельности оператора мультисервисной сети;

определить косвенные признаки сетевых атак на основе как априорной, так и апостериорной информахши о предоставляемых абоненту услугах.

Важную роль в теории защиты информации играет модель защиты Кларка- Вильсона (Clark-Wilson), опубликованная в 1987 году и модифицированная в 1989. Она основана на повсеместном использовании транзакций и тщательном оформлении прав доступа субъектов к объектам. В данной модели впервые исследована защищенность третьей стороны в данной проблеме — стороны, поддерживающей всю систему безопасности. Эту роль в информационных системах мультисервисной сети играет служба сетевой и информационной безопасности. В модели Кларка-Вильсона транзакции впервые были построены по методу верификации, то есть идентификация субъекта производилась не только перед аутентификацией клиента и авторизацией на выполнение команды от него, но и повторно после ее выполнения. Это позволило снять проблему подмены автора в интервале времени между его аутентификацией и собственно командой. Идея контроля сетевых транзакций, используемая в модели, обеспечила один из самых совершенных алгоритмов поддержания целостности информационных систем.

В мультисервисной сети вопросы идентификации, аутентификации и авторизации приобретают особое значение, так как возможна ситуация, когда терминал абонента, подключенный по выделенному каналу, присутствует в системе круглосуточно, а сетевая активность клиента носит спонтанный и пиковатый характер. При этом, часто повторяющиеся приглашения системы пройти необходимые процедуры для авторизации транзакций и получения каждой услуги могут, вследствие неудобства сценариев взаимодействия абонента с ресурсами мультисервисной сети, дискредитировать весь комплекс предоставляемых услуг.

Политика информационной безопасности должна обеспечить ненавязчивость процедур аутентификации и авторизации. Очевидно, что добиться такого результата можно за счет структурирования транзакций, определения их приоритетности и применения к каждой группе услуг свои, специфичные сценарии доступа к ним. Главным критерием при выборе сценариев доступа к услугам должна явиться их стоимость и частота использования. Именно

эти параметры позволяют четко определить величину вероятных потерь, возникающих при нарушении злоумышленником политики информационной безопасности и составляющих предмет для взаимных разбирательств между абонентом и оператором мультисервисной сети.

Структурирование мультисервисной сети

Сценарии доступа абонентов мультисервисной сети к информационным ресурсам позволяют сегментировать узлы агрегирования информационных услуг. При этом уровень информационной безопасности и комплекс организационно технических решений оказываются однородными для каждого вьщеленного сегмента. Такое членение информационных приложений оптимизирует набор контролируемых параметров на всех уровнях сетевой безопасности от МАС и IP-адресов субъектов сети до маршрутизации трафика в коммутируемых и выделенных виртуальных каналах сети, а также включая настройку параметров фильтрации трафика службой firewall в каждом из сегментов.

Каждая услуга, предоставляемая абоненту, должна рассматриваться как отдельная транзакция, требующая процедур идентификации и аутентификации клиента, а также авторизации им приобретения услуг с дополнительной стоимостью. Эти процедуры, разделенные по различным сегментам сети, позволят существенно понизить вероятность одновременной модификации всех информационных потоков, обеспечивающих каждую клиентскую транзакцию.

Разделение серверов приложений по сегментам разграничивает доступ не только абонентов, но и администраторов соответствующих служб таким образом, что даже получение злоумышленником неограниченных прав доступа в рамках отдельного сервера или даже в масштабах сегмента, не позволит ему нанести какой-либо урон в других сегментах сети.

Атака на сервер приложения может преследовать несколько целей:

получить доступ к важной информации, хранящейся на данном сервере;

получить доступ к ресурсам сервера (например, вычислительные ресурсы, особенно, если сервер реализован на суперкомпьютере или дисковое пространство для размещения пиратских ресурсов злоумышленника);

получить плацдарм для осуществления атаки на другой компьютер —— тогда в журналах атакованного компьютера будет значиться, что атака осуществлялась с захваченного сервера;

получить испытательный полигон для отладки механизмов атак на другие серверы приложений.

Теперь рассмотрим основные пути получения взломщиком несанкционированного доступа на сервер. Как известно, в операционных системах серверов приложений различают несколько видов пользователей;

Суперпользователь (системный администратор), имеющий неограниченные права.

Обычный пользователь, права которого ограниваются ему суперпользователем.

Специальный пользователь (формализованный обезличенный тип, например, гость из внешних сетей или клиент, получивший доступ к ресурсу в пробном режиме знакомства с услугой), права которого ограниченны суперпользователем для работы с конкретным приложением.

Псевдопользователь, то есть пользователь, не имеющий никаких прав и обязанностей в сети и вообще не идентифицируемый операционной системой сервера приложения.

Каждый обычный пользователь в текущий момент может быть членом только одной труппы, соответственно, он имеет один UID и один GID. Системный администратор имеет неограниченные права на управление ресурсами вверенного ему сервера (применительно к Unix-клону обычно UID и GID у него равны специальному значению 0).

Нет никакого особого механизма, отличающего специального пользователя от обычного. Можно сказать, что первый имеет еще меньшие права, чем второй. В частности, специальным пользователям обычно нельзя зайти в систему нормальным образом, так как действия их жестко регламентируются сценарием взаимодействия с конкретным приложением. Традиционным примером специального пользователя, не требующего идентификации и тем более аутентификации, является анонимный пользователь ftp сервера, который так и называется — anonymous или ftp.

Псевдопользователем или злоумышленником может быть субъект сети, подключившийся (обычно по протоколу TELNET) к серверу приложения и взаимодействующего с одним из его программных серверов. Такие программы обычно стартуют при загрузке машины, чаще всего от имени системного администратора и всегда активны как процессы на данном компьютере. Эта особенность позволяет злоумышленнику в любой момент времени удаленно подключаться к ним. При этом он не имеет никаких прав на чтение/ запись информации на серЁере приложения и вообще не идентифицируется его операционной системой. Однако, несмотря на то, что он не может активировать какие-либо легальные или паразитные программы на сервере приложения, у него имеется возможность исполнять некоторые команды- запросы к программному серверу, к которому он подключен. Так, подключившись по протоколу TELNET на порт 25, можно вводить команды SMTP- сервера, например, mail или ехрп. Псевдопользователь оказывается чуть ли не самым опасным для системы информационной безопасности, т.к. от него не требуется идентификации и аутентификации, учет по нему тоже не ведется. Не обладая никакими правами и обязанностями, он взаимодействует с программными серверами, которые практически всегда имеют полномочия суперпользователя. Это позволяет активировать от имени этих

программ легальные процессы, обеспечивающие злоумышленнику несанкционированный доступ к ресурсам сервера приложения.

Анализ показывает, что администрирование сервера приложения должно вестись только в пределах его сегмента сети, так как при этом отсутствует возможность использования злоумышленником механизма SUID/SGID- процессов, относительно легко позволяющих обычному пользователю получить привилегии другого пользователя или труппы. Помимо этого разделение административных функций в пределах сегмента дополнительно затруднит несанкционированный доступ со стороны администраторов приложений мультисервисной сети.

Наличие серверных программ, обеспечивающих обработку удаленных запросов, необходимо на любом информационном ресурсе мультисервисной сети. Обычно эти программы запускаются администратором в момент старта системы и резидентно размещаются в оперативной памяти сервера прило- жения. При неправильном функционировании приложения, права суперпользователя могут быть получены удаленным пользователем. Однако, нештатные ситуации, возникающие даже под вектором прерываний операционной системы, могут быть выявлены за счет:

контроля системой информационной безопасности активных процессов, протекающих на сервере приложения;

проверки активных процессов на соответствие шаблонам сценариев различных атак;

выявления несанкционированных действий.

Необходимо отметить, что любая проверка требует дополнительных ресурсов, поэтому уровень контроля должен быть определен, исходя из задач каждого из приложений мультисервисной сети. Там же, где это возможно, может быть применен механизм доверия между субъектами сети, основанный на политике информационной безопасности и подразумевающий, что контроля другими службами сети достаточно для достижения необходимого уровня защиты.

Разграничение прав доступа

Главный принцип минимизации вероятного ущерба в мультисервисной сети — это разделение ресурсов и разграничение прав доступа к ним. Такой подход позволяет сократить объем проверок системы информационной безопасности на каждом из ресурсов сети и создать глубокоэшелонирован- ную, структурированную систему обороны, распределенную по всем узлам мультисервисной сети. В тот же момент, система информационной безопасности должна иметь централизованное управление. Инфраструктура клиентского доступа мультисервисной сети4 должна иметь лишь одну точку входа, для доступа клиента к любому ресурсу сети через портал, включающий в себя центр идентификации и аутентификации. Каждый из уровней

аутентификации разрешает легальному клиенту доступ к соответствующей группе серверов приложений. Переход абонента от ресурса к ресурсу должен быть возможен только после возврата управления портальной сессии абонента и повторной (возможно и не явной) процедуры идентификации и авторизации. Это необходимо в целях минимизаций угроз несанкционированного доступа под эгидой псевдопользователя от имени сервера приложения, входящего в группу данной демилитаризованной зоны.

В силу специализации сервера приложения на предоставлении определенного набора услуг, компьютер, выполняющий функции узла агрегирования соответствующей группы услуг, не может использоваться как универсальный обычным пользователем, так как такой потребности просто не должно возникать. Весь набор возможных процессов и права на их активацию может быть существенно ограничен требованиями сценариев взаимодействий данного приложения с мультисервисной сетью.

Получая доступ к тому или иному ресурсу для приобретения предоставляемого им пакета услуг, абонент мультисервисной сети включается в группу специальных пользователей, которым разрешен определенный сценарий взаимодействия, предусматривающий соответствующую цепочку активируемых на сервере приложения процессов. Жесткая регламентация разрешенных действий абонента, а также выделение процессов идентификации и аутентификации в отдельное приложение, существенно затрудняют несанкционированные действия злоумышленников.

Администратор соответствующего сервера приложения не обязательно должен иметь права суперпользователя. Такими правами должен обладать только системный администратор, конфигурирующий параметры аппаратнопрограммного комплекса, служащего платформой для размещения сервера приложения. Комплекс по обеспечению непрерывности бизнеса оператора мультисервисной сети, предусматриваю щи й не только архивацию, но и резервирование по схеме 1+1 или N+1, позволяет ограничить доступ суперпользователя только проведением регламентных работ, протоколируемых системой информационной безопасности.

Администратор приложения должен иметь права управления доверенными ему ресурсами только на вверенном ему сервере при условии локального, а не удаленного, доступа к ним. Он мест права на модификацию только личных параметров своего профиля в мультисервисной сети и не может легально активировать ни одаого процесса за пределами его сервера приложения. Процедура аутентификации администраторов приложений, при выполнении им своих обязанностей, может быть существенно более жесткой, чем аутентификация клиентов мультисервисной сети. Она может использовать персональные идентификаторы в виде pen-drive и электронных подписей или даже скрытую динамическую биометрию, коррелированную с данными службы контроля доступа в помещения оператора мультисервисной сети. Помимо этого, журналы, протоколирующие действия опера-

тора приложения, не должны быть доступны для него даже для чтения. Их постоянный анализ системой информационной безопасности мультисервисной сети потребует от злоумышленника — инсайдера — серьезной квалификации хакера и обширной информации о деталях реализации взаимодействий в различных сегментах сети, о их архитектуре, а также быть знакомым с полным комплексом мер политики сетевой и информационной безопасности мультисервисной сети.

Система управления персоналом

Наряду с системой разтраничения доступа, система должностных инструкций, четкая регламентация обязанностей и зон ответственности каждого сотрудника и, особенно, службы поддержки различных систем, автоматизирующих деятельность оператора мультисервисной сети, играют одну из ключевых ролей в организации системы безопасности.

Эффективность организационных мер позволяют повысить:

повсеместное разъяснение роли каждого сотрудника в обеспечении коммерческой эффективности деятельности оператора;

анализ целей злоумышленников и методов реализации сетевых атак;

разъяснение методов использования злоумышленниками технологий социального инжиниринга.

Для решения этих задач необходимо регулярно проводить семинары и использовать другие формы обучения персонала.

Аналогично клиентскому профилю целесообразно создание профиля всех сотрудников, имеющих доступ в корпоративную сеть оператора мультисервисной сети. В целях предотвращения возможности клиента подменить свой статут административным, желательно разделить корпоративный и коммерческий порталы.

Подготовка информационного наполнения услуг, актуализация мультимедиа баз данных и контент менеджмент являются неотъемлемой частью инфраструктуры мультисервисной сети. Необходимость удаленного (межсегментного) доступа этих служб к ресурсам соответствующих приложений должна быть тщательно взвешена с учетом потенциальных угроз уязвимости ресурсов, полномочий соответствующих сотрудников и разрешенных им сценариев взаимодействия с мультисервисной сетью.

Не менее важным является анализ непреднамеренных ошибок в работе персонала, которые могут нанести ощутимый урон деятельности компании. Ведение статистики ошибочных действий сотрудников, оказывается эффективным инструментом для планирования их переподготовки, развития необходимых навыков, перевода их на другой график работы или в другое по/фазделенне, которое более эффективно использует их психофизические возможности.

Дело в том, что бурное развитие новых услуг и соответствующих служб их обеспечения приводит к тому, что психологи кадровой службы могут не успевать вырабатывать необходимые для адекватного подбора персонала тесты. Эта работа требует времени даже при условии наличия всех критериев профессиональной пригодности на соответствующий вид деятельности. В процессе работы с цифровой мультимедийной информацией, являющейся контентным наполнением услуг мультисервисной сети, выявляются особенности деятельности, связанные с применением различных сочетаний цифровой обработки, редактирования и монтажа, которые еще не применяются в смежных областях, служащих прототипами (например, цифровое телерадиовещание или кинопроизводство). Помимо этого, универсальная среда мультисервисной сети позволяет разрабатывать новые формы деятельности масс-медиа, существенно видоизменяющие различные интерактивные радиоигры и телепередачи. Принципиальное отличие сценариев таких интерактивных взаимодействий ресурсов с массовой аудиторией может привести к появлению принципиально новых требований к профессиональным навыкам сотрудников, обеспечивающих предоставление соответствующих услуг.

Еще одним важным видом деятельности оператора мультисервисной сети является субпровайдерство. Оно заключается в предоставлении различных услуг мультисервисной сети третьими сторонами (юридическими или частными лицами), которые формально не являются сотрудниками оператора, а выступают в роли контрагента, поставляющего, по соответствующему договору, свой продукт оператору для перепродажи клиентам мультисервисной сети. Этот вид деятельности требует серьезного анализа, выработки требований и критериев эффективности политики информационной безопасности.

Неизбежность таких форм взаимоотношений оператора с контентодержа- телями и авторскими коллективами очевидна, так как индустрия производства контента лежит далеко за рамками деятельности оператора и в большинстве случаев динамически изменяющееся контентное наполнение требует авторского надзора, то есть приобретения контрагентом статута администратора, предоставляемого им ресурса. В зависимости от специфики контента возможно как on-line, так и off-line взаимодействия таких администраторов с ресурсами мультисервисной сети, а также включение их собственных аппаратных платформ в специально выделенную для этого инфраструктуру узлов агрегирования мультисервисной сети. В каждом конкретном случае требуется жесткая регламентация действий и сценариев взаимодействия таких контрагентов с мультисервисной сетью, которая должна соответствовать общей политике информационной безопасности.

КОНТЕНТОХРАНИЛИЩА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДЕПОЗИТАРИИ

Любая информационная услуга нуждается в предметном наполнении — контенте. При подготовке услуги его необходимо сформировать и разместить на цифровых носителях. В процессе эксплуатации большую роль играет обновление и актуализация информации, ее целостность и непротиворечивость. Решение таких задач характерно для СУБД (система управления базами данных), которая наряду с операционной системой составляет платформу для разворачивания соответствующего приложения. В мультисервисной сети информационные приложения, должны быть готовы обслужить сотни тысяч и даже миллионы абонентов, то есть масштабироваться гораздо в более широких пределах, чем корпоративные решения. Они могут развиваться по двум направлениям.

Первое: продолжить развитие традиционных решений, совмещающих на одном компьютере несколько программных серверов, объединяемых интегрированным законченным решением — сервером приложения на базе программно-аппаратного комплекса. Объем обрабатываемых транзакций, в случае широкого масштабирования, превосходит аппаратные возможности сервера приложения, что заставляет применять концепции параллелизма обработки транзакций, генерируемых соответствующим приложением, кластерами однотипных серверов с общим или реплицируемым полем дисковой памяти.

Увеличение размеров агрегатов данных и экспоненциальный рост числа картежей, содержащих параметры гиперсвязных объектов, объединяемых в базы данных, выделяет общее поле дисковой памяти кластеризированного сервера приложения в специализированный дисковый массив. Такой массив обеспечивает как повышенную надежность хранения, так и объемы хранения в сотни и тысячи раз превосходящие объемы дисковой памяти обычных серверов.

С точки зрения информационной безопасности, наличие в рамках апп叩атно- программного комплекса большого количества программных серверов увеличи-

вает угрозу несанкционированных действий злоумышленников. Злоумышленники используют нештатные режимы работы приложений или маскируют свои действия под легальные процессы cepsq)a приложения. Поэтому, чем больше приложений, тем больше вероятность несанкционированного доступа.

Второе: построить аппаратно-программный комплекс, интегрирующий информационные приложения, по принципу конвейера, выделяя специализированные серверы процессов, используемых соответствующим приложением. К таким специализированным серверам процессов можно отнести:

центры идентификации и аутентификации;

СУБД (возможно аппаратные комплексы, ориентированные на исчисления реляционной алгебры);

Географическо-Информационные Системы (ГИС, обеспечивающие пространственную привязку или корреляцию приложения);

Информационно-Поисковые Системы (ИПС, обеспечивающие контекстуальный поиск информации, используемой тем или иным приложением), и т.п.

Этот путь позволяет выделить, процессы, общие для нескольких приложений, в независимую подсистему со своим администратором, разграничить зоны ответственности и права доступа, то есть построить более структурированную, с точки зрения информационной безопасности, систему агрегирования приложений. При этом также возможен параллелизм процессов как в рамках кластеров серверов соответствующих процессов, так и за счет горячего резервирования по принципу 1+1 или N+1.

Что касается хранения и управления контентом, то в рамках этого направления данный вид деятельности выделяется не только в специализированный процесс, но и в специальную службу: Контентохранилище. Эта служба обслуживает все сервера процессов и приложений, гарантирует, с одной стороны, полную прозрачность их доступа к данным, а с другой, — жестко разграничивает области хранилища, доступные для того или иного приложения.

Стратегии распределения данныхв контентохранилищах

Стратегии распределения данных по узлам агрегирования мультисервисной сети могут классифицироваться в зависимости от количества узлов сети хранения данных и наличия дублирования информации в них. Возможны четыре альтернативные стратегии распределения данных в хранилище:

Централизация — это наиболее простая в управлении стратегия, при которой единственная, кроме архивного оригинала, копия располагается в единственном месте.

Расчленение — непересекающиеся подмножества распределены по разным узлам сети.

Дублирование полного объема >фанилища в каждом узле.

Смешанная стратегия, при которой существует несколько копий подмножеств данных и в каждом узле сети может содержаться произвольный фрагмент данных.

Стратегия расчленения нуждается в информации о том, какая часть данных расположена в том или ином узле. Она наиболее подходит для расчле^ нения хранилища по базам соответствующих приложений. При дублировании же возникает проблема согласованного сопровождения всех копий данных, обеспечения их полноты и целостности.

Смешанная стратегия сочетает сложности управления системами расчленения и дублирования, но приобретает при этом гибкость и достоинства обеих стратегий. Существующие преимущества и недостатки каждой из стратегий позволяют оптимизировать архитектуру сети хранения данных с учетом совокупности задач, решаемых комплексом приложений мультисервисной сети. Критериями оптимизации являются: надежность хранения данных, время отклика при выборке и обновлении контента, а также различные механизмы управления и сопутствующие им стоимости программного обеспечения и связи.

Централизованные хранилища данных

Основным преимуществом централизации является концентрация всего контента и системы управления в одном узле. Все запросы на выборку и обновление данных должны направляться в центральный узел со всеми сопутствующими затратами на стоимость связи и задержек по времени. Главная проблема централизации — это ограниченные доступность и надежность. Ограниченная доступность может быть обусловлена производительностью аппаратной платформы, используемой в узле сети и неспособностью ее обработать все поступающие запросы, что приводит к увеличению времени ожидания в очереди на обработку абонентского запроса или к полному отказу в обслуживании. Помимо этого контент может стать недоступным для клиента при появлении ошибки в системе связи, а при выходе из строя узла системы ранения контентохранилище полностью выходит из строя.

Для повышения надежности такой архитектуры операторы вынуждены применять стратегию полного или частичного резервирования каналов связи и других ресурсов узла хранения.

Ограничения по пропускной способности канала доступа в контентохранилище снимаются наращиванием числа каналов. Недостаточность скорости обработки аппаратной платформой узла клиентских запросов может быть устранена за счет распараллеливания процессорной обработки и объединения нескольких вычислительных комплексов в кластер. Однако, различные приложения мультисервисной сети требуют реализации различных типов транзакций взаимодействия абонента с контентом и приложениями, что

определяет специфику оптимизации архитектуры реализации узла агрегирования данных для того или иного приложения мультисервисной сети.

Группирование приложений с похожими типами транзакций взаимодействия абонента с контентом и приложениями позволяет расчленить задачу на несколько взаимосвязанных между собой узлов сети хранения данных.

Расчлененные информационные системы

При расчленении хранилища данных каждый логический фрагмент размещается в отдельном узле. Так как запросы на выборку и обновление направляются в узлы, где расположен запрашиваемый контент, стоимость связи может быть снижена за счет того, что большая часть запросов информации будет осуществляться в своих специализированных локальных узлах сети хранения данных. Время отклика может быть меньше, чем в централизованной системе, за счет сетевого параллелизма и уменьшения накладных расходов по обработке запросов к приложениям с разнородными сценариями взаимодействия. Расчлененная система оказывается менее чувствительной к узким местам, возникающим при передаче данных, в отдельном узле за счет баланса сетевой нагрузки. Доступность и надежность системы хранения могут быть повышены, так как сеть хранения данных может, хотя бы частично, сохранить свою работоспособность даже при выходе из строя нескольких узлов сети.

Ключевым фактором, влияющим на надежность и доступность контентохра- нилища, является локализация ссылок, то есть оптимизация расположения запрашиваемых данных, исходя из эффективности удовлетворения абонентских запросов. Степень локализации запросов и данных влияет на доступность и надежность контентохранилища, так как ошибки из других узлов сети или ошибки в устройствах связи не окажут влияния на локальный запрос.

Если степень локализации мала или абонентский запрос структурирован и сложен, то могут потребоваться данные, хранимые в различных узлах. В случае недоступности хотя бы одного узла сети хранения данных или соответствующего приложения, запрос не сможет быть удовлетворен. В такой ситуации доступность данных оказывается уже, чем в централизованном хранилище. Очевидно, что вероятность того, что, по меньшей мере, хотя бы один узел сети окажется недоступен, выше вероятности недоступности единственного узла.

Стратегия расчленения контентохранилища наиболее подходит, когда: либо ограничена емкость локального хранилища, либо недостаточна надежность централизованной системы хранения, либо, при высокой локализации данных, должна быть повышена эффективность функционирования хранилища. При низкой локализации ссылок эффективность может быстро упасть из-за большого объема передачи данных.

Дублирование контента

В случае дублирования контента в узлах сети хранения данных, сетевая система управления контентохранилищем должна согласовывать состояние многих копий данных, но зато в этом варианте решения, отсутствует проблема определения, какую часть базы данных содержит тот или иной узел сети хранения. Данная стратегия решает иную, нежели стратегия расчленения, задачу. Основное ее преимущество в обеспечении надежности, доступности и эффективности выборки контента из хранилища. Дублирование контента предоставляет наивысший, из возможных вариантов, уровень надежности хранения. Однако, такое решение ведет к большой избыточности емкости распределенного хранилища. Объем контентохранилища определяется емкостью каждого из узлов. Общий же объем памяти контентохранилища, используемой в сети хранения данных, пропорционален объему памяти отдельного узла и кратен числу узлов.

Значительная часть обработки может быть проведена локально, но для согласования множественных копий контента должна осуществляться их синхронизация. Конкретные способы процессов согласования меняются от системы к системе в очень широких пределах, а уровень определенных накладных расходов будет зависеть от уровня изменчивости и обновляемости контента.

Стратегия дублирования, в отличие от расчленения, сложно реализует параллельную обработку одного запроса несколькими узлами. Синхронизация такой обработки требует согласования копий и существенно усложняет управление, но асинхронная работа каждого из узлов вполне возможна.

Возможно получение очень быстрых ответов на абонентские запросы, особенно в случаях, когда нет необходимости в межузловой связи для согласования копий контента, например, распараллеливание поиска в контен- тохранилище.

Надежность контентохранилища высока не только из-за доступности данных при нарушении работоспособности того или иного узла, но также и из-за простоты восстановления разрушенной целостности данных в отказавшем узле, благодаря текущей копии из любого рабочего узла.

Если часть сети недоступна, то возможно ограничение выполнения некоторых операций (например, обновление контента) для поддержки согласованности данных в контентохранилище.

Стратегия дублирования контента с полной избыточностью эффективна в ситуациях, когда надежность информации наиболее критична, объем базы данных невелик, а интенсивность обновлений невысока, например, информационно-справочные системы с большим объемом клиентских запросов.

Смешанная стратегияпостроения сети хранения данных

Смешанная стратегия подразделяет контентохранилище на логические фрагменты, так же как при расчленении. В дополнение к этому она дает возможность иметь любое количество физических копий каждого из хранимых фрагментов, обеспечивая хранение в каждом из узлов желаемых частей контентохранилища.

Обработка и оптимизация клиентских запросов, при смешанной стратегии, являются наиболее сложными задачами. Ключевое же достоинство этой стратегии — гибкость, получение компромисса между объемом памяти всего контентохранилища и каждого из узлов сети хранения данных, обеспечиваемом уровне надежности и различными мерами эффективности. Например, архивные данные необходимо запоминать только в одном месте, а более критический контент может быть дублирован, для достижения заданного уровня надежности.

При дублировании логического фрагмента стоимость согласования, включающая стоимость связи, возрастает. Однако степень локализации контента возрастает, что ведет к снижению количества пересылок и стоимости связи при выполнении абонентских запросов.

Система допускает относительно простую реализацию параллельной обработки запросов, что гарантирует малое время отклика. Таким образом, узкие места сети хранения данных, во многих случаях, могут быть устранены, а степень надежности хранения может быть практически любой при возникновении ошибок в узлах сети хранения данных и устройствах связи между ними.

Функционирование может продолжаться, хотя функциональные возможности могут быть ограничены выполнением операций обновления контента с автоматической поддержкой согласованности контента при возобновлении функционирования сети хранения в полном объеме.

Хотя реализация смешанной стратегии является предельно гибкой, остается проблема взаимозависимости различных факторов, влияющих на производительность сети хранения данных, ее надежность и требования к памяти. Механизмы, используемые распределенными контентохранилищами, оказывают большое влияние на производительность и другие параметры. Предположения, касающиеся использования базы данных и типов транзакций, порождаемых обращениями приложения в контентохранилище, оказывают большое влияние на конечное распределение данных и выбор стратегии.

Смешанная стратегия целесообразна, когда ни одна из более простых стратегий не является удовлетворительной. Это случается особенно часто, при создании контентохранилища мультисервисной сети. Такое контентохран и - лище объединяет разнородные приложения. Например, приложения, которые нуждаются в высокой надежности лишь части контента. Каждый узел

может обращаться к некоторым частям хранимого контента часто, а к некоторым ——редко, то есть, возможна широкая дифференциация локализации ссылок различных приложений. При этом стратегия расчленения не может обеспечить достаточной надежности, а дублирование может быть не выгодным из-за требования большого объема памяти.

Иерархическая организацияконтентохранилища

В процессе эксплуатации контентохранилища мультисервисной сети ощущается постоянный недостаток «быстрой» памяти с малым временем доступа к информации. Это приводит разработчиков к идее виртуализации доступного ресурса и использованию многоуровневой памяти, то есть системы иерархических запоминающих устройств возрастающей емкости:

буферная (кэш) и оперативная память сервера приложения;

on-line память на магнитных дисках;

near-line память роботизированных архивов;

ofF-line память на энергонезависимых носителях роботизированных библиотек, и т.д.

При этом главная задача разработчика — сделать для клиента кажущийся объем хранилища гораздо больше, чем он есть на самом деле, то есть, практически неограниченным и минимизировать стоимость хранения контента. Устройства и носители на нижних уровнях иерархической памяти имеют на порядок большую, чем предыдущий уровень, емкость и существенно меньшую стоимость хранения в расчете на каждый байт данных, но ощутимо меньшее быстродействие, чем устройства верхних уровней системы.

Поиск запрашиваемых данных ведется в соответствии с приоритетами доступа к соответствующему уровню иерархии памяти. Независимо от числа уровней все большее значение для организации контентохранилища приобретают методы перемещения данных между различными уровнями иерархии памяти.

При обращении приложения к тем или иным данным вероятность того, что эти данные будут находиться на уровне 1, равна Р〔 и, при этом, время доступа к ним будет tr Аналогичные параметры могут быть определены для каждого из уровней. При этом:

Z〃=i,

где i —— индекс уровня памяти.

Среднее время доступа к контенту % для многоуровневой системы памяти можно записать в виде:

Сервер приложения, использующий контентохранилище, генерирует серию запросов (например, адреса страниц) к хранимым данным. От вида конкретной последовательности запросов в значительной степени зависит значение Р「

В случае недостатка памяти на текущем уровне необходимо принятие решения об алгоритме замещения одной или нескольких «страниц» памяти. Существует множество алгоритмов замещения:

произвольное или случайное замещение;

первый запрос обслуживается первым (FIFO);

замещение элемента, который использовался раньше всех остальных (LRU);

замещение наименее часто используемого элемента (LFU);

минимизация частоты передачи данных с уровня на уровень путем обнаружения циклов;

управление с помощью рабочего набора данных, к которым приложения обращались в течение предыдущего времени L величина которого оптимизируется под среднестатистический поток запросов. При этом замещаются только страницы, не вошедшие в рабочий набор.

Каждый из алгоритмов имеет свои достоинства и недостатки. Каждый из них эффективен для своего типа запоминающих устройств и соответствующей иерархии памяти. Но в любом случае при разработке главными критериями являются время доступа к контенту и минимизация многократных перемещений между уровнями.

Неравномерность использования данных

Время доступа к данным в иерархической системе зависит от уровня иерархии, на котором находится запрашиваемый контент. Задача оптимизации алгоритма замещения сводится к максимизации вероятности нахождения искомого контента на верхних уровнях иерархической системы памяти в момент запроса.

Если последовательные запросы, обращенные к одному и тому же фрагменту контента, поступают через малый интервал времени, то использование алгоритмов замещения наименее часто используемых элементов и элемента, который использовался раньше других, способствует минимизации среднего времени доступа к данным. Если данные, используемые приложением, располагаются в смежных областях адресного пространства памяти, то применение агрегированной структуры иерархических единиц хранения — страница, мультистраница, мультиблок — обеспечивает сокращение времени доступа.

До 80% данных используются очень редко. Неравномерность использования контента делает целесообразным применение принципа перемещения данных между уровнями иерархической системы памяти.

Если бы абонентские запросы обращались бы к данным, распределенным случайным образом на нижнем уровне иерархической памяти, то этот процесс не давал бы никакого выигрыша.

Большинство систем с иерархической системой памяти работает в квазиста- тическом режиме, то есть агрегаты данных перемещаются между уровнями только по требованию приложений, при наличии соответствующего запроса.

В целях минимизации среднего времени доступа к контенту, можно воспользоваться динамическим режимом. В таком режиме используется поэтапный упреждающий метод перемещения данных вверх, по иерархии до того, как они потребуются. Принятие решения о необходимости и целесообразности перемещения еще не запрошенного койтента система управления иерархической памятью может сделать, опираясь на статистический и корреляционный анализ использования данных, прогнозируя рабочий набор агрегатов данных и поток запросов от того или иного приложения.

Время доступа к контенту иерархической системы памяти сильно зависит от решаемой задачи или от совокупности задач, решаемых одновременно. Для различных приложений или для различных мультимедиа баз можно построить вероятностные функции, определяющие успех обработки запроса в зависимости от размера блоков памяти и выбранного алгоритма замещения,

Многократные междууровневыепересылки контента

Под много1фатными пересылками понимается процесс, при котором нужные агрегаты данных в памяти верхнего уровня замещаются, а затем снова считываются в этот уровень памяти. Минимизация многофазных пересылок — это одна из наиболее сложных и важных задач проектирования систем иерархической памяти. Дело в том, что из-за частого перемещения контента между уровнями, характеристики систем иерархической памяти сильно ухудшаются. Поэтому ошибки проектирования проявляются лишь при возрастании абонентского трафика и выходе системы иерархической памяти на проектную мощность.

Соперничество запросов приложений за память верхнего уровня приводит к увеличению адресации к существенно большим по размеру агрегатам данных, хранящихся на более низких уровнях памяти. Вот почему, увеличение многократных пересылок приводит к уменьшению процента полезной информации в общем объеме обрабатываемых данных.

Основными причинами многократных пересылок являются:

Слишком малый объем памяти верхнего уровня.

Очень большое время доступа к памяти нижнего уровня.

Недостатки метода планирования межуровневых перемещений контента.

Иногда операторы настаивают на моделировании большой виртуальной памяти на существующей очень небольшой памяти верхнего уровня, используемой в контентохранилище. Такой подход может привести к серьезным ошибкам проектирования в тех случаях, когда разность времен доступа к памяти верхнего и нижнего уровней очень большая. В этом случае увеличивается зависимость эффективности системы хранения от вероятности отсутствия запрашиваемого контента в памяти верхнего уровня. Увеличение вероятности отсутствия искомого контента в памяти верхнего уровня вызывает опасность резкого роста многократных пересылок между верхним и нижними уровнями.

Цепи и кольца множеств данных некоторых мультимедиа баз, элементы которых разбросаны по разным «страницам» и блокам хранения могут потребовать интенсивного обмена данными между уровнями. В этом случае желательно избегать двоичного поиска при просмотре «страниц», находящихся на разных уровнях контентохранилища. Индексы желательно разделять на древовидные структуры, в которых каждый блок привязан к определенной странице.

В общем случае, чем теснее сгруппированы совместно используемые данные, тем эффективнее работа системы. Для достижения максимальной эффективности необходимо отделять данные от связей между ними. Помимо этого разработка информационных приложений должна вестись с учетом неравномерности в распределении потока запросов в контентохранилище и случайности распределения контента на носителях и устройствах хранения нижнего уровня.

з.з. Специфика мультимедиа-контента

Термин мультимедиа появился в 90-х годах прошлого века с появлением программных сред, интегрирующих цифровые текстовые, графические, аудио и видеофайлы в гиперсвязанные объекты. Эти среды оказались удачным синтезом редакторов, специализирующихся на обработке текстовых или графических форматов. Позднее были интегрированы:

редакторы электронных таблиц;

плейеры аудио- & видеофайлов;

редакторы сценариев взаимодействия гиперсвязанных объектов, обеспечивающие синхронизацию различных процессов обработки таких агрегатов данных.

Коллекции гиперсвязанных объектов нуждались в организации их в мультимедиа-базы. Внедрение в системах управления базами данных реляционной алгебры, позволило формализовать поиск и обработку информации в базах, агрегирующих сложные гиперсвязанные объекты и учесть контекстуальные связи разнородных информационных единиц.

々in

Появление информационных сред, реализующих сценарии взаимодействия типа «клиент—сервер» обусловлено:

увеличением объема информационной обработки;

необходимостью создания специализированных информационных приложений, например, справочных и экспертных систем, автоматизация процессов разработки конструкторской документации и подготовки печатных изданий;

экспоненциальным ростом объемов хранения.

Первоначально информационные приложения такого типа реализовывались в локальных, а затем и в глобальных сетях передачи данных.

Необходимость транспортировать мультимедиа-объекты по сетям передачи данных выдвинуло целый ряд дополнительных требований к телекоммуникационным инфраструктурам, что и послужило основой формирования понятия мультимедиа-телекоммуникации. Уже на первой международной конференции по мультимедиа коммуникациям в начале 90-х годов прошлого века центральным вопросом был обмен видеоинформацией и иерархические системы видеоконференц-связи. Однако, ограничения пропускной способности каналов глобальных сетей передачи данных и бурный рост Интернета несколько изменили социальный заказ и основные пути развития мультимедиа коммуникаций.

Наиболее существенный вклад в развитие мультимедиа коммуникаций был сделан развитием сети Интернет и различных ее служб:

FTP (обмен файлами);

E-mail (почта);，

и особенно WWW (всемирная паутина).

Web-контент

Всемирная паутина World Wide Web соткана из Web-страниц, которые создаются с помощью так называемого языка разметки гипертекста HTML (Hypertext Markup Language). При разработке HTML-документа выполняется разметка текстового документа точно так же, как это делает редактор издательства с помощью красного карандаша. Эти пометки служат для указания формы представления информации, содержащейся в данном документе.

Специальные программы просмотра HTML-документов, называемые браузерами, служат для интерпретации файлов, размеченных по правилам HTML, форматирования их в виде Web-страниц и отображения их содержимого на экране пользователя.

Одним из важнейших понятий для HTML-документов являются ссылки, связывающие отдельные составляющие документа в гиперсвязанный объект.

При этом ссылки содержат указания на другие документы, позволяющие при помощи нажатия кнопки мыши быстро перемешаться от одного документа к другому. За основу организации гипертекста взят принцип организации энциклопедических словарей, в которых во многих статьях есть ссылки на другие.

Существует много типов мультимедийных объектов, которые могут быть размещены на Web-странице. В дополнение к самому тексту часто используют разнообразную графику, видео- и аудиообъекты, а в качестве ссылок все чаще применяются изображения.

Работа с изображениями на Web-страницах выдвигает рад дополнительных требований к телекоммуникационной инфраструктуре. Качественные графические файлы могут иметь значительные размеры, что может привести к недопустимо большим временам ожидания доставки запрошенных документов, особенно на медленных модемных соединениях. Для повышения скорости отклика некоторые абоненты отключают прием графики. Поэтому текстовая информация должна быть достаточно полной, чтобы не утратить смысловой нагрузки для таких потребителей. Помимо этого, увеличение размеров агрегатов данных создает дополнительную нагрузку на серверы приложений, на системы ввода/вывода и выдвигает специальные требования по доступу к контенту, его обработке и отправке потребителю.

Поисковые системы Web не могут индексировать графику. Поэтому использование на странице только графических объектов может привести к тому, что поисковые системы Интернет просто не обнаружат такие страницы.

Многообразие терминальных окончаний пользователей, работающих с различным разрешением экрана и различной цветовой палитрой, существенно усложняют процесс создания графического контента дая Интернет-при- ложений. Помимо этого, отдельный вопрос публикаций графического материала ——это защита авторских прав, запрещающая публикацию материала без санкции автора.

Возможно несколько вариантов использования изображений в Web-документах:

Фоновое, на котором располагаются элементы основного документа.

Встраиваемые в документ иллюстрации.

Изображения — ссылки на другие документы.

Все форматы хранения графической информации можно разделить на растровый и векторный тип представления информации. Первый тип аналогичен отпечатанной фотографии и уменьшение масштабов такого документа ведет к потере его качества, вследствие потери разрешения. Второй тип активно используется в конструкторских системах проектирования (CAD) и хорошо масштабируется, так как использует для описания графические примитивы (линии, дуги, геометрические фигуры, и т.п.). На Web-страни-

цах в подавляющем большинстве случаев используются растровые изображения двух форматов GIF и JPG. Эти форматы поддерживаются большинством браузеров и наиболее приемлемы для транспортировки по Интернет.

Специфика работы Web-серверов и браузеров долгое время требовала размещения всех страниц, объединяемых Web-сайтом в общей директории, а всех элементов Web-страницы ——в соответствующей поддиректории. Однако, активное использование информационными приложениями различных баз данных и поисковых систем потребовало иной организации контента и усложнения сценариев абонентского взаимодействия с ним.

Активное использование СУБД позволило изменить схему размещения Web- объектов и избавиться от избыточности, связанной с дублированием этих объектов в разных директориях, контентохранилища Web-сервера. Схема организации контента сводится к группировке однородных по формату иля процедуре информационной обработки объектов в соответствующие директории. Установление же взаимосвязей всего комплекса объектов соотнесенных с той или иной Web-страницей, а также контроль прав доступа к различным фрагментам контента взяла на себя СУБД.

Процедуры аутентификации и авторизации абонентов мультисервисной сети необходимо включить в интерактивные сценарии взаимодействия потребителей с контентом Web-приложений. Интерактивность Web-приложений стимулировала развитие специализированных языков, реализующих сценарии взаимодействия, и их интерпретаторов (компиляторов). С их помощью удается реализовать пошаговый или, в целях повышения скорости развития сценариев, агрегированный (перекомпилированные цепочки .стандартных шагов) диалог клиента с информационным приложением. Сценарии развития этих диалогов являются неотъемлемой частью доступа к контенту и обработки необходимой абоненту информации соответствующим приложением мультисервисной сети. Учитывая объектную ориентацию языков описания сценариев взаимодействий, тело описания сценариев является неотъемлемой частью мультимедиа контента Web-среды, который также нуждается в структурировании и агрегировании с объектами Web.

Аудио- и видеоконтент в среде Web

Первые версии браузеров не имели встроенных средств воспроизведения звука и, соответственно, на Web-страницах практически не встречались звуковых файлов или ссылок на них. Если же такие ссылки попадались, то сначала требовалось переписать файл на локальный диск, а затем воспользоваться внешней программой его воспроизведения. Технология подключаемых модулей изменила ситуацию. Для современных браузеров имеется целый ряд подключаемых модулей, имеющих возможность управления проигрыванием звуковых файлов прямо из браузера и позволяющих воспроизводить звуковые файлы в различных форматах. Например, AIFF — формат

МАС/SGI, AU — формат Sun/NeXT, WAV — формат Windows, MIDI — Musical Instrument Digital Interface. Звуковой Web-объект может быть так же, как графические объекты, как встроен непосредственно на Web-страницу, так и связан с ней при помощи ссылки.

Существует два типа звуковых файлов, используемых компьютерами: цифровые и музыкальные. Музыкальные файлы содержат последовательность музыкальных нот и информацию о тембрах звучания соответствующих инструментов, их воспроизводящих. Использование таких файлов ограничено возможностями встроенного в компьютер синтезатора. Оцифрованные файлы являются продуктом аналого-цифрового преобразования. На их качество влияет несколько факторов, важнейшим из которых является частота дискретизации, которая согласно закону Найквиста определяет ширину звукового спектра при воспроизведении цифрового файла. Обычно этот параметр лежит в диапазоне от 8 (для передачи речи) до 44,1 кГц (для качественного воспроизведения музыки).

Другим важным фактором является разрядность дискретизации, точность замеров мгновенной амплитуды звукового сигнала, то есть отношение сигнала к шуму. Стереозапись удваивает объем звукового файла. Нетрудно оценить объем звукового файла. Так, одна минута записи качества CD (стерео, 44,1 кГц с разрядностью 16 бит на канал) дает 10584 КБ данных.

Еще одним фактором является наличие сжатия звука для экономии места в контентохранилище или объема файла, уменьшающее время передачи. Попытки сократить объем файлов, используя стандартные архиваторы, не приводят к значительному выигрышу из-за специфичности их структуры. Добиться довольно значительного уровня сжатия видео- и аудиоинформации удается при использовании специальных методов, основанных на анализе структуры данных и последующем сжатии с некоторыми потерями.

С развитием Интернет актуальными стали задачи проведения различных аудио- и видеоконференций, передачи вещания радиостанций и эфирного ТВ в реальном масштабе времени. Технология RealAudio стала первой, предоставившей возможность передачи аудио- и видеофайлов в режиме реального времени. Эта технология состоит из трех функционально связанных программ:

кодировщик, конвертирующий готовые файлы или эфирные сигналы в файлы соответствующего формата;

сервер, обеспечивающий хранение и вещание контента;

плейер, воспроизводящий контент по мере его поступления на терминал пользователя.

Звуковой файл для скорости 14,4 Кбит/с по качеству сравним с АМ вещанием, а для 28,8 Кбит/с звучит как монофоническая FM передача. Сжатие информации приводит к некоторой деградации качества. Так, при прослушивании такого файла немного утрачивается глубина звучания.

Наличие ошибок недопустимо, когда мы имеем дело с текстом или программным кодом, где важен каждый бит. Некоторые ошибки и неточности передачи звука воспринимаются человеческим ухом как небольшой шум. При передаче в режиме вещания важна непрерывность передачи и своевременность доставки контента, здесь главное — не потерять целые блоки данных и поддерживать передачу в режиме реального времени. Поэтому сервер RealAudio использует протокол без обратной связи UDP.

Использование Helix Universal Server компании RealNetworks позволяет сочетать как аудио-, так и видеовещание по каналам Интернет. При этом поддерживается 53 различных форматов, включая RealAudio, RealVideo и 3GPP compliant MPEG-4. Однако все эти решения изначально были ориентированы на инфраструктуру Интернет. Поэтому, из-за ограничений по полосе пропускания абонентских каналов, они не смогли обеспечить ощутимую конкуренцию эфирному, и особенно цифровому, вещанию, которое по праву является сегодня основой масс-медиа индустрии.

Коммерческий контентв системах широкополосного доступа

Информация уже давно стала предметом купли продажи, а цифровые формы хранения контента формально позволяют, воспользовавшись телекоммуникационной инфраструктурой, доставить коммерческий контент от продавца к покупателю. Методы обеспечения информационной безопасности, идентификации, аутентификации и авторизации теоретически позволяет организовать бизнес-процессы, особенно с коммерческим контентом не критичным ко времени и последовательности доставки информационных блоков, из которых состоит транспортируемый объект коммерции. Однако, информационные объекты реального времени (аудио- и видеопотоки) критичны ко времени и последовательности доставки транспортных блоков контента.

Коммерческий контент составляет основу бизнеса компаний, специализирующихся на индустрии массмедиа, на производстве аудио- и видеозаписей, на их тиражировании и распространении. Реальная возможность цифровой обработки изображений и звука, сравнимых по качеству с существующими аналоговыми носителями, появилась только в конце 80 годов прошлого века. Масштабы объемов мультимедиа объектов стремительно возрастают, а объемы контентохранилищ, с которыми придется иметь дело операторам мультисервисных сетей, уже сегодня можно спрогнозировать в сотни и тысячи Тбайт.

В 1988 году Международной организацией стандартов ISO (International Standards Organization) был сформирован комитет MPEG (Moving Picture Expert Group), действующий в направлении разработки стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Официальное название группы — ISO/IEC JTC1 SC29 WG11. Часто аббревиатуру MPEG используют для ссыл-

Text ofa g/产 еText ofa g/产 е8 Kbps Kbps Kbps Kbps 1 “bps3 Mt^Sв Mbps8 Kbps Kbps Kbps Kbps 1 “bps3 Mt^Sв MbpsРис. 1. Объемы хранения и необходимая пропускная способность абонентских каналов для различных типов контентаРис. 1. Объемы хранения и необходимая пропускная способность абонентских каналов для различных типов контента

Text of

a g/产 е

Text of

a g/产 е

8 Kbps Kbps Kbps Kbps 1 “bps3 Mt^Sв Mbps

8 Kbps Kbps Kbps Kbps 1 “bps3 Mt^Sв Mbps

Рис. 1. Объемы хранения и необходимая пропускная способность абонентских каналов для различных типов контента

Рис. 1. Объемы хранения и необходимая пропускная способность абонентских каналов для различных типов контента

ки на стандарты, разработанные этой группой. На сегодняшний день известны следующие стандарты:

MPEG-1. Формат предназначен для записи на CD-ROM синхронизированных: видеоизображений и звукового сопровождения. Скорость такого информационного потока может достигать 1,5 Мбит/с, с учетом максимальной скорости считывания информации с CD-носителя. Качественные параметры видеоданных, обработанных MPEG-1, во многом аналогичны обычному VHS-ввдео. Обычно данные представлены в формате SIF, 288х 358, поэтому этот формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые видеоносители.

MPEG-2. Формат предназначен для обработки видеоизображения соизмеримого по качеству с телевизионным. Пропускная способность виртуального канала, обеспечивающего доставку информационного потока, колеблется в пределах от 3 до 15 Мбит/с. В профессиональной аппаратуре используют потоки скоростью до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MPEG-2, переходят многие телеканалы. Сиг-

нал, сжатый в соответствии с этим стандартом, транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объемов видеоматериала.

MPEG-3 ——предназначался для использования в системах телевидения высокой четкости (high-definition television, HDTV) со скоростью потока данных 20...40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Кстати, формат MP3, который иногда путают с MPEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит как MPEG-Audio Layer-3.

MPEG-4 — задает принципы работы с цифровым представлением медиаданных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения.

Группа MPEG-стандартов состоит из трех частей: Audio, Video, System. System —— это объединение и синхронизация двух других. Основная идея, на которой основаны все методики сжатия коммерческого аудио- и видеоконтента с потерями,——это пренебрежение тонкими деталями оригинала, лежащими вне пределов возможностей слуховых и зрительных рецепторов человека.

Принципы кодирования звука основаны на том факте, что человеческое ухо не совершенно и на самом деле в несжатом звуке (CD-audio) передается много избыточной информации. Принцип сжатия работает на эффектах маскировки некоторых звуков для человека. Например, если идет сильный звук на частоте 1000 Гц, то более слабый звук на частоте 1100 Гц уже не будет слышен человеку, также будет ослаблена чувствительность человеческого уха на период в 100 мс после и 5 мс до возникновения сильного звука. Psychoacoustics (психоакустическая) модель, используемая в MPEG, разбивает весь частотный спектр на части. В этих частях спектра уровень звука считается одинаковым. Затем удаляются звуки не воспринимаемые человеком, благодаря описанным выше эффектам.

Для применения алгоритмов кодировки изображения происходит разбивка кадров на макроблоки, каждый из которых состоит из определенного количества блоков (размер блока — 8x8 пикселей). Количество блоков в макроблоке в разных плоскостях разное и зависит от используемого формата. Метод кодировки блоков (либо разницы, получаемой при методе предсказания движения) содержит в себе:

Discrete Cosine Transforms (DCT) — дискретное преобразование косинусов.

Quantization (преобразование данных из непрерывной формы в дискретную).

Кодировка полученного блока в последовательность.

DCT использует тот факт, что пиксели в блоке и сами блоки связаны между собой, т.е. коррелированы. При этом происходит разбивка на ча-

стотные Фурье-компоненты. В итоге получается матрица преобразований данных из непрерывной в дискретную форму (quantization matrix). Числа, образующие матрицу, являются величиной амплитуды соответствующей частоты. Алгоритм Quantization разбивает частотные коэффициенты на определенное количество значений. Encoder (кодировщик) выбирает матрицу преобразований, которая определяет то, как каждый частотный коэффициент в блоке будет разбит. Человек более чувствителен к выбору дискретности разбивки для низких частот, чем для высоких. В процессе квантования многие коэффициенты получаются нулевыми. При этом применяется алгоритм зигзага для получения длинных последовательностей нулей.

С помощью MPEG-1 можно передавать изображение с разрешением вплоть до 4095x4095x60 fps (в этих границах кадр может быть произвольного размера). Неизменяемые параметры потока данных Constrained Parameters Bit stream (СРВ) ограничивают общее число макроблоков в картинке (396 для скорости <= 25 fps и 330 для скорости <= 30 fps). Другие стандарты для MPEG-1 поддерживаются далеко не всеми декодерами. MPEG-1 кодируется стандартом SIF/352*240*30 (получено урезанием стандарта CCIR-601) или 352*288*25 — (урезанный PAL, SECAM) формат 4:2:0, 1.15 MBPS (мегабит в сек.), 8 Ьрр (бит на точку)——в каждой плоскости.

Существует более высокое разрешение для MPEG-1 ——так называемый MPEG-1 Plus, разрешение как у MPEG-2 ML@MP (Main Level, Main Profile) — этот стандарт часто используется в Set-Top-Box (компьютеризированных телеприставках) для улучшения качества.

Компрессия по стандарту MPEG-2 кардинально меняет положение вещей. Более 97% цифровых данных, представляющих видеосигнал, дублируются, т.е. являются избыточными и могут быть сжаты без ущерба качеству изображения. Алгоритм MPEG-2 анализирует видеоизображение в поисках повторений, называемых избыточностью. В результате процесса удаления избыточности, обеспечивается превосходное видеоизображение в формате MPEG-2 при более низкой скорости передачи данных. По этой причине, современные средства поставки видеопрограмм, такие как цифровые спутниковые системы и DVD, используют именно стандарт MPEG-2.

MPEG-2 является доминирующим стандартом, используемым для производства и хранения, полнометражного цифрового видео и высококачественного аудиоконтента. Его используют в профессиональных приложениях цифрового видео:

Кабельное телевидение CATV.

Сугниковое вещание Direct Broadcast Satellite (DBS) и Digital Video Broadcasting (DVB).

Телевидение высокой четкости High-Definition Television (HDTV).

MPEG-4 идет еще дальше. Он рассматривает видеоряд, как мультимедиа гиперсвязанный объект. Видеозвуковая сцена состоит из медиа-объектов, которые объединены в иерархическую структуру:

Неподвижные картинки (например, фон).

Видеообъекты (говорящий человек).

Аудиообъекты (голос, связанный с этим человеком).

Текст, связанный с данной сценой.

Синтетические объекты — объекты, которых не было изначально в записываемой сцене, но которые туда добавляются при демонстрации конечному пользователю (например, синтезируется говорящая голова).

Текст, связанный с головой, из которого в* конце синтезируется голос.

Кодер, использующий данный стандарт, разделяет картинку на различные элементы, называемые media objects (медиа-объекты), описывает структуру этих объектов и их взаимосвязи, чтобы затем собрать их в видеозвуковую сцену и позволяет изменять сцену, что обеспечивает высокий уровень интерактивности для конечного пользователя.

Такой способ представления данных позволяет:

Перемещать и помещать медиа-объекты в любое место сцены.

Трансформировать объекты, изменять геометрические размеры.

Собирать из отдельных объектов составной объект и проводить над ним какие-нибудь операции.

Изменять текстуру объекта (например, цвет), манипулировать объектом (например, заставить ящик передвигаться по сцене).

Изменять точку наблюдения за сценой.

Помимо этой группы стандартов сжатия контента можно встретить ссылки еще на одну очень важную группу стандартов.

MPEG-J — стандартное расширение MPEG-4, в котором используются Java- апплеты, обеспечивающие интерактивность взаимодействий абонента с контентом..

MPEG-7 — не является продолжение MPEG как такового. Он стал разрабатываться сравнительно недавно, и призван обеспечивать стандарт для описания различных типов мультимедийной информации (а не для ее кодирования), чтобы обеспечивать эффективный и быстрый ее поиск. Официально его называют — «Multimedia Content Description Interface» (Интерфейс описания мультимедиа данных). С помощью DDL (Description Definition Language —— язык описания определений) MPEG-7 определяет стандартный набор дискриптеров для различных типов мультимедиа информации, также он стандартизует способ определения своих дискриптеров и их взаимосвязи (description schemes). Основная цель применения MPEG-7 — это поиск мультимедиа информации (так же как сейчас мы можем найти текст по какому- нибудь предложению), например:

Музыка. Сыграв несколько нот на клавиатуре, можно получить список музыкальных произведений, которые содержат такую последовательность.

Графика. Нарисовав несколько линий на экране, получим набор рисунков, содержащих данный фрагмент.

Картаны. Определив объект (задав его форму и текстуру), получим список картин, содержащих оный.

Видео. Задав объект и движение, получим набор видео или анимации. ♦ Голос. Задав фрагмент голоса певца, получим набор песен или видеороликов, где он поет.

MHEG — (Multimedia & Hypermedia Expert Group — экспертная группа по мультимедиа и гипермедиа) — определяет стандарт для обмена мультимедийными объектами (видео, звук, текст и другие произвольные данные) между приложениями и передачи их разными способами (локальная сеть, сети телекоммуникаций и вещания) с использованием MHEG object classes. Он позволяет программным объектам включать в себя любую систему кодирования (например, MPEG), которая определена в базовом приложении. MHEG был принят DAVIC (Digital Audio-Visual Council — совет по цифровому видео и звуку). MHEG объекты порождаются мультимедиа приложениями, используя multimedia scripting languages.

Дальнейшее развитие объектов m-commerce направлено на привнесение объема в графические изображения и видеопотоки. Фирма Sony уже разработала прототип голографического ТВ-вещания, использующего 16 Мбит/с на каждый канал вещания. Как в России, так и за рубежом ведутся активные разработки объемных 3D дисплеев, способных отображать полнофункциональ- ные (не freeze, обеспечивающие объемное изображение лишь для одной точки наблюдения, a life, воспроизводящие объемное изображение без геометрических искажений для любой точки наблюдения) 3D объекты и потоки. Помимо этого, накоплен большой опыт погружения в виртуальную реальность с помощью специальных шлемов, независимо воспроизводящих с помощью ЖК мини-дисплеев стереоизображение на каждый глаз пользователя. Пока такие устройства довольно дороги и обходятся в несколько тысяч долларов США. Однако использование технологии проецирования изображения непосредственно на радужку глаза пользователя позволит существенно сократить габариты стереошлемов и снизить их стоимость на порядок.

Помимо слуховых и зрительных воздействий реального времени на абонента система виртуальной реальности может воздействовать и на обоняние. Работы по синтезу запахов из базового набора ароматов в реальном масштабе времени, ведутся рядом производителей и уже достигнуты первые результаты (созданы прототипы принтеров запаха, заправляемых специальными картриджами). Синтез запахов аналогичен синтезу музыки в MIDI-формате.

Ощущения виртуальной реальности были бы крайне ущербны и без тактильных воздействий на абонента. На сегодняшний день, реализация та-

ких воздействий требует специальной одежды с тензо-датчиками и исполнительными механизмами. Однако, возможно и непосредственное раздражение соответствующих нервных окончаний слабыми электровоздействиями, аналогично аккупунктурным иглоукалываниям или аккупрессурным нажатиям пальцами при точечном массаже.

Развитие технологий виртуальной реальности, несомненно, в ближайшем будущем привнесет в контентохранилища большой спектр информационных объектов реального времени. Все эти объекты в соответствующих цифровых форматах, агрегируясь, будут создавать гиперсвязанные мультимедийные объекты виртуальной реальности. Это позволит абонентам мультисервисной сети обучаться действиям в экстремальных ситуациях реального мира без реальных физических угроз для жизни, моделировать воображаемые миры, проверять научные гипотезы об окружающем нас мире и мироздании в целом, развивать эмоциональный опыт, обмениваться ощущениями без помощи слов, и т.п.

Таким образом, прогнозирование развития технических возможностей вычислительных сетей (не обязательно использующих, фон-неймановскую архитектуру и микрочипы) обусловит дальнейший рост роли контента в информационных приложениях мультисервисных сетей и экспоненциальный рост необходимых объемов хранения.

Информационные депозитарии

Термин депозит (вклад) подразумевает доверенное лицо (например, банк), которому передается на ответственное хранение ценности вкладчика. Депозитный банковский счет клиента позволяет банку аккумулировать большие денежные средства для своей деятельности, гарантируя вкладчику возврат вклада на оговоренных условиях (срок, процентная ставка по накопительному счету, и т.п.). В случае трастового банка клиент арендует ячейку хранилища для размещения своих ценностей на ответственное хранение. Хорошо известны депозитарии швейцарских банков, предоставляющие услуги хранения ценностей с высокой степенью надежности.

Информация также может являться ценностью, нуждающейся в надежном хранении, которое не всегда можно обеспечить в домашних условиях клиента. Квартира владельца информации может быть ограблена злоумышленниками физически, его компьютер может быть взломан и захвачен удачно проведенной удаленной атакой или клиенту потребуется получить доступ к своим данным с произвольного терминала мультисервисной сети в моменты времени, когда его домашний компьютер недоступен. Перевод информации на жесткие носители и хранение их в специализированных хранилищах ценностей ——банковских депозитариях ——существенно сокращает доступность клиентской информации (необходим персональный визит в банк и извлече-

ние носителя из хранилища). Владелец информации может оказаться на другом конце земного шара, или по каким-либо другим причинам его персональное присутствие в банке может оказаться невозможным. Поручение доверенному лицу извлечь носители из банка актуально лишь в том случае, когда носители своевременно доставлены на место их использования. Таким образом, доступность конфиденциальной и коммерческой информации может сыграть ключевую роль в выборе методов хранения информации.

Во всех этих случаях, абонент мультисервисной сети может воспользоваться разновидностью услуги SSP ——информационным депозитарием. SSP специализируется на хранении данных абонента с необходимым ему уровнем защиты и гибкой системой реализации алгоритмов аутентификации и авторизации доступа к хранимой информации. Так же как и банковский вклад, информация может быть персональной или на предъявителя аутентификационного ключа, используемого по алгоритму, определяемому заказчиком.

Депозитарии краткосрочной конфиденциальнойи коммерческой информации

Потеря записной, адресной или телефонной книжки может обернуться личной трагедией или потерей деловых контактов. Обилие различных информационных сервисов, требующих аутентификации на основе паролиро- вания, нуждаются в хранении паролей, которые также желательно хранить в каком-нибудь нейтральном месте, не имеющим непосредственной связи с владельцем. Данные такого рода носят конфиденциальный характер и составляют основу частной информации, несанкционированный доступ к которой злоумышленников может нанести ощутимый ущерб как моральный, так и коммерческий, а в некоторых случаях может угрожать даже жизни человека или его близких. Информация о взаимосвязях человека довольно часто меняется, но может понадобиться пользователю спустя несколько месяцев или даже год. Она представляет ценность для обладателя или для злоумышленника, избравшего его объектом атаки.

Когда речь касается хранения личных вещей или ценностей люди традиционно прибегают к услугам домашнего сейфа, а когда оказываются во время деловой поездки вне дома, в другом городе, функцию такого сейфа выполняют привокзальные камеры хранения.

Конфиденциальная информация, актуальность которой ограничена несколькими неделями или месяцами, также может быть размещена в специализированном хранилище клиентской информации, доступ в которое ограничен специальными мерами безопасности. Это может быть выделенный сегмент мультисервисной сети с явными процедурами идентификации и аутентификации, проводимыми при каждом обращении к этой услуге, не-

зависимо от подобных процедур, проводимых порталом при входе абонента в мультисервисную сеть.

В случае, когда депозитарий доступен из сетей общего пользования, абоненты могут воспользоваться услугами службы «fingerprinting» (служба неявной аутентификации абонентов по косвенным признакам и статистическим портретам). Эта служба может использовать, в частности, для доступа из телефонных сетей общего пользования систему распознавания и идентификации голоса абонента voiceprinting.

Помимо конфиденциальной, краткосрочной актуальностью может обладать и коммерческая информация. «Горячие» фото-, аудио- или видеорепортажи о ключевых событиях нашей жизни, составляющих основу информационных потоков новостных групп, остаются актуальными всего несколько дней, но могут представлять большую ценность для средств массовой информации, приобретающих этот контент у авторов материала.

Материалы частных заказов на проведение социологических, маркетинге-, вых или иных исследований, также теряют свою актуальность довольно быстро, но своевременное использование таких материалов заинтересованными лицами, может принести ощутимую коммерческую выгоду. Возможность, с одной стороны, анонсировать и выставить на продажу коммерческий контент, а с другой, быть уверенным в его сохранности, а также поддержка m-commerce, гарантирующая заключение сделки в виртуальном пространстве мультисервисной сети, могут играть ключевую роль для:

расширения номенклатуры новостных групп;

создания дополнительных рабочих мест и привлечения непрофессионалов для производства коммерческого контента;

развития различных форм offline консалтинга.

Ценность коммерческой информации с малым сроком актуализации может оказаться столь высокой, что авторизированный доступ к ней должен быть обеспечен более глубокой защитой, чем обычный депозитарий конфиденциальной информации. Учитывая малый срок актуальности такой коммерческой информации, она может быть защищена системой кодирования контента при хранении и передаче, использующей алгоритмы кодирования с относительно низкой криптостойкостью.

Несмотря на ограниченные сроки хранения коммерческого контента, наиболее ценную краткосрочную информацию, стоимость которой такова, что делает целесообразным использование абонентом специализированных устройств ввода биопараметрической информации, может оказаться предпочтительнее хранить в среднесрочных депозитариях, которые имеют соответствующие службы идентификации, аутентификации и авторизации доступа.

Депозитарии среднесрочной конфиденциальнойи коммерческой информации

Хранилища, способные обеспечить надежное хранение информации в течение нескольких лет или даже десятков лет и при этом сохранить ее доступность в любой момент и, в общем случае, из любой точки земного шара, имеют более сложную, по сравнению с краткосрочными депозитариями, организацию хранения. Их сложность заключается не только в применении более криптостойких алгоритмов (криптостойкость десятки лет), но и в применении специальных мер по аутентификации клиентов депозитария и авторизации их доступа к персональной области хранения. Меры по организации хранения объединяют:

регламентацию и порядок действий, проводимых при допуске абонента в депозитарий;

применение специальных устройств, фильтрующих поток запросов;

• ♦ структурирование соответствующих сегментов мультисервисной сети; ♦ использование специальной службы электронных ключей.

Организационные меры играют более важную роль, чем любые технические решения, так как именно они повышают случайность порядка действий при доступе клиента в депозитарий. Например, при использовании биопараметрии на основе отпечатков пальцев рук абонента депозитария, последовательность предъявления пальцев клиента может быть определена индивидуально для каждого из клиентов. При применении системы распознавания речи могут быть использованы образцы речи клиента на разных языках и в произвольной последовательности.

Непредсказуемость порядка действий при аутентификации и авторизации могут существенно снизить вероятность того, что злоумышленник, даже заполучив каким-либо способом электронные (биопараметрические) ключи, сможет обойти систему авторизации доступа, выдав себя за легального пользователя. <

Применение криптостойких алгоритмов с одним или несколькими ключами позволяет исключить вероятность прочтения конфиденциальной или коммерческой информации администраторами депозитария, отвечающими за организацию процессов хранения и доступа к информации, но не имеющими полномочий на дешифровку контента клиента.

Процесс дешифрования персонального контента, хранимого в информационном депозитарии, может быть организован по аналогии с банковскими процедурами. Например, одновременное использование нескольких ключей или транспортных контейнеров для перевозки ценностей или последовательное применение нескольких алгоритмов шифрования (симметричных или несимметричных) для защиты одного и того же персонального хранилища. При этом могут использоваться образцы персональных ключей не

только клиента, но и администраторов системы криптозащиты, уполномоченных обеспечивать эти процессы в депозитарии.

Информация, нуждающаяся в услугах депозитариев такого класса, может быть самой разнообразной:

Персональный бухгалтерский учет, объединяющий множество банковских счетов в сводный- баланс клиента с учетом конфиденциальных взаиморасчетов.

Среднесрочные прогнозы фьючерсных торгов, протоколы действий на фондовом рынке и обслуживания портфеля ценных бумаг.

Патенты и изобретения.

Предметы авторского права, подготовленные для продажи прав тиражирования (высококачественные фотографии, профессиональные студийные аудио- & видеозаписи, мультимедийные курсы обучения, сценарии, рукописи, материалы журналистских расследований).

Архивы и рабочие материалы законсервированных прикладных научных исследований, и т.п.

Развитие информационных услуг и производство мультимедиа контента нуждается в соответствующей инфраструктуре хранения и доставки данных. Гарантии безопасности ведения бизнеса в виртуальном пространстве мультисервисных сетей является основным условием развития услуг m-commerce.

Депозитарии информации неограниченнойпо стоимости и срокам хранения

Разработка эффективных методов защиты от несанкционированного доступа и организационно правовое обеспечение m-commerce может привести к появлению специализированных хранилищ высокоценной информации, сохранность и доступность которой крайне важна для ее владельцев.

К такого рода информации можно отнести, прежде всего, материалы исследований естественных наук, определяющие научный потенциал страны и представляющие огромную ценность для международного научного обмена. Все процессы, описываемые этими дисциплинами, случайны. Поэтому объем репрезентативной выборки играет крайне важную роль для формирования вероятностных моделей и прогнозирования развития таких процессов.

Важно отметить, что все эти процессы обычно имеют многовершинные перекрывающиеся спектры, носят нестационарный характер и могут быть описаны как композиция случайных процессов с медленно меняющимися (по пространству и времени) параметрами. Это не позволяет построить универсальную модель на все случаи жизни и не обращаться больше к анализу реализаций случайных процессов, так как различия в статистической обработке (масштабы процессов по пространству и времени) приводят к

принципиально различным вероятностным моделям. Такие данные могут иметь огромную ценность для астрономов, метеорологов, океанологов, геологов, экологов, биологов, и т.п.

Непрерывность наблюдений определяет длину выборки. Шаг дискретизации желательно выбирать максимально мелким. Но при этом шаг дискретизации не должен быть соизмерим с инструментальными погрешностями. Длина выборки и шаг дискретизации очень важны при накоплении статистической информации.

Так, например, флуктуации биржевых котировок и торгов носят сугубо случайный характер, так как зависят от множества факторов, связанных с психологией, социологией, конъюнктурой рынка, процессами международной политики и массой природных явлений. Каждый из этих процессов оказывает влияние на исследуемый случайный процесс. Эти влияния проявляются в масштабе времени соответствующем воздействию. Помимо этого возможно взаимовлияние их друг на друга. На первый взгляд, такой случайный процесс совершенно не прогнозируем. Однако попытки построить модель биржевых торгов не прекращаются, так как это сулит грандиозные прибыли обладателю такой информации.

К информации с неограниченным сроком хранения можно также отнести результаты исследований медицины, вирусологии, генной инженерии, а также различные методики тренировок спортивной или космической медицины, и т.п.

Отдельное место в таком депозитарии должны занимать материалы иссле- довани访 предметов искусства, так как со временем сами предметы могут быть утрачены, а информация о них может оказаться недостающим звеном в искусствоведческих исследованиях. Автоматизация музейной деятельности, уже сегодня предлагает прототипы новых видов услуг, использующих виртуальную реальность. Это виртуальные музейные экспозиции, а также виртуальные миры, построенные на базе реконструкций археологических исследований. Аналогичным образом материалы глубоководных исследований или данных космических экспедиций могут быть использованы для моделирования и воссоздания реальной картины с целью пропаганды научных знаний и их популяризации, а также для виртуальных путешествий, не реализуемых для большинства людей планеты.

Основная задача депозитариев такого типа — это долгосрочное и надежное хранение огромного объема данных. Время хранения таких данных таково, что необходимо будет переводить информацию на другие типы носителей, преобразовывать форматы ее записи и модернизировать алгоритмы ее обработки.

Коммерческая значимость хранимой информации, составляющей национальное достояние, заставляет предъявлять к такому хранилищу требования, аналогичные тем, что применяются в m-commerce при торговле информацией с меньшим сроком актуальности.

УСЛУГИ STORAGE

SERVICE PROVIDING (SSP)

Наращивание объемов хранения и рост требований к надежности систем хранения выделили технологии хранения и архивации данных в специальную индустрию. Эти технологии сформировали новый вид услуг. Дело в том, что, несмотря на непрерывное удешевление стоимости хранения единицы информации, максимальная удельная дешевизна хранения достигается на носителях максимальной емкости.

Использование таких носителей в системах хранения повышенной надежности позволяет удовлетворить любым требованиям комплекса мер по обеспечению непрерывности бизнеса при условии неограниченного бюджета. На практике бюджетные ограничения существуют всегда. Эти ограничения заставляют клиентов отказаться от тенденции хранения коммерческой и конфиденциальной информации на собственных ресурсах и воспользоваться системами коллективного пользования, то есть сетями хранения данных, которые обеспечивают:

Защиту данных.

Высокую доступность данных.

Широкополосный удаленный доступ к данным.

Поддержку коллективного использования систем хранения данных разнородными аппаратно-программными платформами серверов приложений.

Консолидацию ресурсов хранения.

Локальный, централизованный или распределенный доступ к хранилищам данных.

Централизованную архивацию и восстановление данных.

Централизованную систему управления, повышение эффективности менеджмента и мониторинга данных.

Повышение гибкости построения информационных приложений.

Расширение границ масштабирования информационных систем.

Появление коммерческих услуг по использованию сетей ранения данных и аренде их ресурсов, обеспечивающих повышенную надежность ранения — SSP, стало возможным за счет интеграции накопителей данных и роботизированных архивов в информационные хранилища в сочетании с возможностями удаленного доступа к узлам агрегирования таких услуг. Наличие клиентской базы обуславливает пространственную инфраструктуру в сети хранения данных масштаба города или региона. Площадь такой сети хранения данных, в настоящее время, может достигать 125 тысяч квадратных километров.

Коммерческие сети хранения данных являются неотъемлемой составляющей обеспечения услуг мультисервисной сети. При этом они должны органично встраиваться в сетевую инфраструктуру мул ьтисер вис ной сети и использовать кабельную оптоволоконную инфраструктуру.

Компании CNT, Inrange Technologies и Akara, предлагают оборудование сетей хранения данных операторского класса, которые могут передавать данные по глобальным и городским сетям, построенным на базе ATM, SONET, DWDM, а также темного волокна. При этом расстояния между двумя портами сетевой инфраструктуры могут достигать 200 километров.

Архитектуры сетей хранения данных SSP

В мировой практике уже накоплен большой опыт реализаций корпоративных сетей хранения данных, на основе которого можно выделить типовые архитектуры. Помимо этого, появились первые реализации коммерческих сетей хранения данных, обслуживающие ряд крупных компаний и банков США, политика информационной безопасности и непрерывности бизнеса которых нуждается в высоконадежных хранилищах данных.

।Особенную актуальность услуги SSP в США приобрели после террористического акта 11 сентября. Эти события заставили провести ревизию представлений об угрозах информационной безопасности и эффективности мероприятий по обеспечению непрерывности бизнеса. Согласно сложившейся практике, банки самостоятельно проводили архивацию информации о транзакциях на магнитные ленты и другие носители, а затем перевозили их в информационные депозитарии, обычно размещаемые под землей и за пределами города. С появлением коммерческих сете访 хранения данных у их клиентов появилось новое качество. Им удалось отказаться от перевозки архивных копий за сотню километров. Теперь они могут проводить процедуры архивации и восстановления информации в любой момент времени без потери времени на транспортировку носителей и угрозы их сохранности.

Топология сетей хранения данных определяется особенностями пространственной локализации узлов, агрегирующих обработку информации серверами приложений и систем хранения данных. Типовые топологии сети хранения данных объединяют от 8 до 48 узлов коммутации применительно

к сетям операторского класса, использующим коммутаторы директорского класса, и до 239 узлов коммутации, построенных на основе коммутаторов рабочих групп. При этом обеспечивается несколько сот соединений адаптера оконечного устройства (сервера приложения или устройства хранения данных) с портом коммутатора.

Требования повышения надежности за счет резервирования характерны для решений операторского класса. При этом, число серверов приложений, использующих одну и ту же сеть хранения данных в мультисервисной сети, не превысит сотни для любой топологии.

Скорости всех адаптеров серверов приложений, объединяемых в узле агрегирования, соизмеримы. Поэтому при проектировании каждому интерфейсу сервера приложения, обслуживающему клиентов мультисервисной сети, сопоставляется порт сети хранения данных, для доставки из хранилища необходимой информации.

Каскадирование

Большинство крупных корпораций имеют иерархическую структуру своих информационных систем. Такая структура имеет линейную древовидную топологию, при которой формируется несколько подуровней одного головного коммутатора сети хранения данных. Она характерна для создания централизованной системы управления, архивирования и восстановления данных. Данные группируются вокруг коммутатора в соответствии с обслуживаемыми им серверами приложений. Структура трафика в такой сети имеет соотношение 80-20, то есть 80% трафика замыкается в соответствующем узле и циркулирует внутри группы, а 20% трафика ориентировано на взаимодействие с другими узлами.

Основные достоинства каскадной топологии сетей хранения данных заключаются в:

Объединении, географически разнесенных, узлов хранения и обработки данных в единую, централизованно управляемую сеть.

Простоте масштабируемости соединений и пропускной способности сети.

Возможности поддержки централизованного илй распределенного архивирования и восстановления данных в любой момент времени.

Возможности делегирования централизованной системой управления адм ин истративных прав и распределенного управления ресурсами сети.

Наименьшей стоимости реализации из расчета на каждый порт оконечного устройства.

Однако каскадная топология помимо достоинств имеет и свои недостатки. Она уязвима с точки зрения надежности и безотказности работы сети, так как, несмотря на резервирование узлов и соединений между ними, в слу-

Рис. 2. Каскадное соединение коммутаторов сети хранения данных

чае выхода из строя узла одного из промежуточных уровней иерархии (например, в результате стихийного бедствия или террористического акта) все узлы, лежащие под ним, окажутся отрезанными от централизованной системы управления.

Вероятность появления такой нештатной ситуации в сети хранения данных подобной топологии может незначительно повлиять на непрерывность корпоративного бизнеса, но делает ее неприемлемой для мультисервисной сети, обслуживающей большое количество клиентов с различными требованиями по непрерывности работы и допустимым отказам ресурсов сети.

Ячеистые структуры

Ячеистая структура сети хранения данных является модификацией каскадной архитектуры. Она оснащена дополнительными связями, таким образом, чтобы обеспечить полносвязноть узлов, объединяемых ячейкой (например, четырех, шести или восьми). Объединение таких ячеек в цепочку формирует ячеистую топологию SAN. Распространение идеи полносвязности на все узлы сети хранения данных ограничено числом доступных портов в каждом из коммутаторов и структурой трафика, циркулирующего в SAN.

Ячеистая структура менее критична к локализации трафика и дает боль^ шую пропускйую способность для взаимодействий между узлами сети. Она обеспечивает доступ многих серверов ко многим узлам хранения.

Основными достоинствами ячеистой структуры являются:

Высокая гибкость и адаптивность существующей сети хранения данных к реструктуризации трафика.

Защищенность сети от выхода из Строя, какого либо соединения или порта коммутатора в узле агрегирования. Она обеспечивается автоматической ремаршрутизацией трафика.

Простота масштабирования сети хранения данных за счет наращивания числа узлов, объединяемых в ячейку.

Поддержка централизованной или распределенной системы архивирования и восстановления данных (один или несколько узлов сети легко, без каких-либо дополнительных затрат, могут быть сконфигурированы на поддержку роботизированных архивов), доступных в любой момент времени.

Прозрачность управления сетью хранения данных с возможностью распределения административных полномочий.

Как видно, главное свойство, отличающее ячеистые структуры от каскадных соединений, это дополнительные связи, Позволяющие динамически реконфигурировать сеть хранения данных в случае бурного роста ресурсов (например, числа серверов приложений или массивов информационных накопителей).

Ячеистая структура сохраняет линейную топологию цепочки ячеек (рис. 3). Это свойство, несмотря на существенное повышение безотказности рабо-

Рис, 3・ Ячеистая топология сети хранения данных

ты сети за счет ремаршрутизации трафика, не устраняет основной недостаток линейных архитектур. Географически протяженные цепочки ячеек не защищены от территориально локализуемых катастроф (например, наводнений или землетрясений). Вы^рд из строя любой ячейки в цепи нарушает ее целостность, так как все возможные пути прохождения трафика лежат в пределах каждой ячейки. Данная структура не предусматривает наличия двух групп путей, связывающих одну ячейку с другой.

Кольцевые структуры

Кольцевые структуры гораздо более устойчивы к разрывам в цепи соединений, так как обеспечивают минимум два альтернативных географически разнесенных пути прохождения трафика. Ограничения системы управления на число межкоммугаторных соединений в сети определяет максимальное число узлов,、 объединяемых в кольцо. Оно не превосходит 14. Уменьшение числа узлов в кольце до 10 или 6 позволяет создавать радиально-кольцевые структуры, в которых кольцо узлов агрегирования берет на себя роль одноуровневой, например магистральной, инфраструктуры, а радиально подключаемые к этим узлам коммутаторы дополняют эту структуру несколькими уровнями иерархии.

Кольцевая структура эффективна в ситуациях, когда трафик в сети хранения данных территориально локализован (например, территориальная привязка определяется производительностью серверов приложений в узле агрегирования услуг или концентрацией абонентов услуг). Он не обязательно должен быть полностью сформирован. Достаточно, чтобы появление новых приложений не потребовало бы существенной ремаршрутизации трафика и не повлияло бы на его структуру. Одноуровневость кольцевой структуры подразумевает функционально замкнутые узлы, с каждым из которых ассоциированы свои сервера приложений и массивы информационных накопителей. Масштабирование сети легко осуществляется за счет наращивания в любом из узлов кольца по принципу ячеистых структур. При этом узел кольца образует архитектурный элемент кольца ——узел агрегирования услуг, который объединяет некоторое число коммутаторов, серверов и устройств хранения данных.

Кольцевая топология позволяет объединить функционально полные и однородные узлы агрегирования услуг в единую сеть, обеспечивающую централизованную систему управления, архивирования и восстановления данных распределенной информационной инфраструктуры приложений мультисервисной сети.

К основным достоинствам кольцевой топологии сети хранения данных относятся:

Простота проектирования и построения.

Простота масштабирования и высокая гарантия непрерывности работы.

Постоянный доступ к централизованным или распределенным системам архивирования и восстановления данных.

Рис. 4・ Кольцевая топология сети хранения данных

Возможность централизации системы управления сетью или распределения части административных прав между узлами сети.

Модульный дизайн сети.

Специфика кольцевой структуры обуславливает области ее применения. Она эффективна в ситуациях, когда структура трафика сформирована и во времени она меняется незначительно. Кольцевая топология имеет меньший технический запас, чем ячеистая структура, для приложений, нуждающихся в соединениях типа «многие со многими».

Топологии с магистральной инфраструктурой

Главная задача, которая решается топологией с магистральной инфраструктурой, ——это обеспечение соединения типа «многие со многими». При этом часть коммутаторов выделяются для решения задачи кросс-коммутации портов оконечных устройств, обслуживаемых оставшимися коммутаторами сети хранения данных. Такая архитектура представляет собой распределенный коммутатор, обеспечивающий соединение оконечных устройств по принципу «каждый с каждым». Она наиболее эффективна дая случайного, часто реструктурируемого и неустановившегося трафика.

Рис. 5. Топологии сетей хранения данных с магистральной инфраструктурой

Стандартные конфигурации используют трехуровневую архитектуру, в которой средний слой, состоящий из двух или четырех коммутаторов, занимается кросс - коммутацией 8 или 16 пограничных коммутаторов, способных обеспечить до 192 портов оконечных устройств при использовании 50%- п ортов пограничных коммутаторов для решения задачи кросс -ком мутации.

Контент мультисервисных сетей однозначно соотносится с информационными приложениями, его использующими. При этом одна и та же база данных может использоваться на чтение одним или несколькими серверами соответствующего приложения.

Формально, хранение контента мультисервисной сети может быть как централизованным, так и распределенным. Учитывая однородность по функциональности узлов агрегирования услуг мультисервисной сети, для распределенного хранения в мультисервисной сети лучше всего подходит кольцевая инфраструктура сети хранения данных. Однако, такая распределенная структура хранилища требует реплицирования данных в каждом их узлов агрегирования, так как в каждом из них агрегщ^ется полный набор предоставляемых услуг.

Централизованное хранилище контента мультисервисной сети позволяет минимизировать необходимую емкость хранилища. На сегодняшний день объем хранения контента мультисервисной сети в единственном экземп-

ляре может составлять сотни терабайт и потребность в наращивании емкости растет экспоненциально. Поэтому стоимость массивов хранения каждого экземпляра данных составляет сотни тысяч долларов.

Помимо стоимости самого оборудования массивов накопителей данных, стоимость хранилища контента мультисервисной сети определяется комплексом мер информационной безопасности. Дело в том, что физическая безопасность контента, который может стоить миллионы долларов, не менее важна. Вот почему, системы:

разграничения физического доступа;

видеонаблюдения;

автоматизации жизнеобеспечения объекта оператора мультисервисной сети, на котором размещается хранилище контента,

по стоимости соизмеримы со стоимостью депозитариев швейцарских банков.

Таким образом, стоимость хранилища контента мультисервисной сети является основным аргументом в пользу централизации. Централизация необходима не только для системы управления, но и для узлов агрегирования в сети хранения данных, объединяющей сервера приложений и обеспечивающей им высокую надежность и безотказность информационного обеспечения.

Пиковатость клиентского трафика, случайность и плохая прогнозируемость его структуры обуславливают требования к сети хранения данных обеспечить соединения по принципам «многие с одним» (сервера приложения с общим хранилищем данных) или «многие со многими» (несколько серверов с несколькими параллельно включенными массивами накопления общего контента). Этим требованиям наилучшим образом отвечает топология сети хранения данных с магистральной инфраструктурой. Она характерна для устройств директорского класса с числом портов Fibre Channel свыше 64. Ведущими производителями таких коммутаторов, соответствующих требованиям решений операторского класса, являются:

McData со своим Intrepid 6064 Director, имеющим 64 порта и способным объединить в сети хранения данных до 24 узлов на базе этого коммутатора;

Inrange Technologies со своим IN-VSN FC/9000, масштабируемым до 256 портов на узел и объединяющим до 48 узлов сети ранения данных;

Brocade Communications с устройством SilkWorm 12000, агрегирующим до 128 портов на каждом узле сети ранения донных, объединяющей до 32 узлов коммутации.

Все эти устройства помимо традиционных для операкфов требований по резервированию питания и вентиляции, а также путей передачи данных, обеспечивают «горячую» замену программного обеспечения. Это дает возможность обновления встроенного ПО (firmware) в процессе обработки коммутаторами потоков данных.

Технологии сетей храненияданных (SAN) корпоративногои операторского класса

Сети хранения данных, как корпоративного, так и операторского класса, явились продуктом развития и внедрения широкого спектра различных информационных услуг и приложений в существующих конвергентных или мультисервисных сетях. Поэтому, вполне естественно, что при внедрении технологий сетей хранения данных их владельцы стремятся к минимизации модернизации не только топологии существующей сети, но и используемых технологий.

Использование свободных оптических волокон или несущих частот в системах оптического уплотнения дают максимальную свободу в выборе протоколов, обеспечивающих транспортировку трафика в сети хранения данных.

Однако, далеко не всегда в существующей сети можно найти достаточное количество резервных волокон или частот. Вот почему не прекращаются попытки адаптировать существующие транспортные среды для обеспечения связи серверов приложений с массивами накопления и хранения информации,

Fibre Channel (FC)

В 1988 году ANSI (Американский Национальный Институт по Стандартизации) зарегистрировал рабочую группу по разработке «практичного, недорогого и вместе с тем расширяемого метода для высокоскоростного обмена данными между ЭВМ, суперкомпьютерами, рабочими станциями, персональными компьютерами, накопителями и устройствами отображения». Архитектурная модель Fibre Channel в деталях описывает параметры соединений и протоколы обмена между отдельными узлами сети хранения данных. Эта модель может быть представлена в виде многослойного стека функциональных уровней, хотя и без непосредственного соответствия с сетевой моделью OSI. Пять функциональных уровней архитектуры Fibre Channel определяют физический интерфейс, схему кодировки, сигнальный протокол, общие процедуры и связь с приложениями. Нумерация идет от самого низкого аппаратного уровня FC-О, отвечающего за параметры физического соединения до верхнего программного FC-4, взаимодействующего с приложениями более высокого уровня.

Среда передачи и физические интерфейсы (FC-О). На данном уровне задаются физические параметры последовательного полнодуплексного соединения между портами. В качестве среды передачи может быть использована витая пара, коаксиальный или твинаксиальный кабели, а также многомодовое или одномодовое волокно. Источниками света могут служить как мощные длинноволновые OFC-лазеры, так и менее дорогие non-OFC. Для снижения, за-

Интерфейсы ввода/вывода| Сетевые протоколы

SCSI I IPI , HiPPI I ESCON I 802.2 | IP

Сигнальный протоколСигнальный протоколfc・4Протокол отображения

Сигнальный протокол

Сигнальный протокол

FC-3

Протокол передами

Среда передачи и физические интерфейсы

266 M»t 5直51 3 汹叫 s .[i 06 Gbit s .2 12 Ct”l，宣 1 > t( i '.《:-bit s

Рис- 6・ Сетевая модель Fiber Channel

держек и уменьшения электрических и температурных перепадов по соединению идет постоянная и равномерная передача и прием сигнала. Кроме того, в целях предотвращения низкочастотных токов структура передаваемого сигнала должна быть сбалансирована постоянным чередованием 0 и 1 вне зависимости от присутствия в нем полезных данных, что упрощает точное распознавание сигнала и снижает количество ошибок. Упрощенно говоря, в FC-О определяется способ передачу полученных с более высокого уровня бинарных последовательностей. Нелишне также отметить, что именно данный уровень позволяет изменять скорости передачи от 250 Мбит/с до 8 Гбит/с, не затрагивая остальные более высокие уровни.

Протокол передачи (FC-1). Протокол передачи определяет, как «вплести» данные в нижележащие сигналы FC-О, как установить соединения между портами и как, в случае необходимости, исправить обнаруженную ошибку. На этом уровне с помощью кодировки IBM 8b/10b 8-битовые порции данных преобразуются в 10-битовые сбалансированные по количеству 0 и 1 последовательности, что требуется для корректной работы FC-О. Для этого каждый планируемый к передаче байт (любой из 256 символов ASCII) преобразуется в четыре возможных комбинации для 10-битового представления, после чего выбираются две наиболее сбалансированные. Здесь действуют два простых правила —— не менее 4 нулей и единиц в 10-битовой последовательности и не более четырех 0 или 1 подряд. В итоге, из двух предложенных ему на выбор 10-битовых последовательностей уровень FC-О передает ту, первый символ которой отличается от последнего символа предыдущей. Таким образом, кодировка 8Ь/10Ь выполняет функцию НЧ-фильтра, не пропуская низкочастотную составляющую и существенно облегчая работу приемника.

протакоп I

HiPE E «CONK 802 2 8

Среда передачи м физические интерфейсы

ясржек и умешшенн» электрических и reMnepeopub™ nqienAjmi по соеш- менню идет постоянная и равномерная передача и прием сишала. Кроме того.

в целях предслърашення низко41molпых токпв cijwrvpd ।

нала должна быть сбшксировшв постоянным чередованием 0 и 1 вне зависимости от присутствия в нем позезиых ланных. что упрощает точное расяоэпавание сигнала и chiuoict кочичеспю ошибок. Упрощенно говоря, в FC-О определяется способ перинчи 1»>ч^че«иьи с более иысикого уровня бннерннх последовагельиостея Нелишне г-«кже огметитт., что именно данный уривень позвоансг изменять екчмзетн передачи От 250 Мбит/с до 8 Гбит/с, ие затрагивая остальные более высокие уровни.

Протокси передачи (FC-1). Протокол передачи определяет, как ■

ныв и инжече^хащие сигналы FC-C, как остановить соединения межцу "орта- мп и как. в с, нас меобю^-мости. “спраингь обичптгенную ошибку. На этом уровне с лом <ью коахшки IBM 8b/10b 8-битовые порции данных преей- разуются и Ю-иитоане иял**ироианш1С по кштичеству 0 и I послепователь- ности, что требуется для ксцректной работы FC-О Для этого каждый планируемый к иерщаче байт (гюбоА из 256 ошвамя ASCII) прео/моекл в четыре возможных комбинации для 10-6«тоиого преастгпления, после чего выбира-

ются две наиболее сваяаисиро!

г дне простых правила—

вых послздовапл№осге|1 уровень

преаппженных ему на выбор 10-бито- дариист ту, перяый снмво” которой

отличается от пос »днего симиили преаыдпдсй Твким обртом. коаировка

8Ь/К№ вылозияет функцию НЧ-фиэьтра, не пропуская низ ставляюшую и 3vmecгпепн。облегчая рабол приемник!.

На этом уровне также используется специальный символ К28.5. Это 10-битовая последовательность, которая не может быть получена из символов ASCII путем преобразования 8Ь/10Ь. Поэтому она может смело применяться в качестве служебной. Разумеется, для соответствия объявленным правилам передачи и этот символ существует как в виде позитива (1100000101), так и негатива (0011111010). В соответствии с теми же правилами последовательность из пяти 0 или 1 не может встретиться при передаче данных и однозначно определяется, как служебный сигнал.

В результате применяемых на уровнях FC-0/1 алгоритмов вероятность возникновения ошибки на переданный бит Bit Error Rate (BER) составляет ничтожную величину 10-12, что на три порядка лучше, чем для применяемых в SCSI или Ethernet асиюфонных способов передачи.

Сигнальный протокол (FC-2). Сигнальный протокол определяет иерархическую структуру посылок для установления связей между работающими приложениями. Основными объектами этого уровня являются слова (words), кадры (frames), пакеты (sequences) и обмены (exchanges).

Базовым элементом и минимальной единицей передачи является слово, но пересылка данных между узлами FC требует помещения слов в некий контейнер (кадр).

Один или несколько последовательных кадров, несущих помещенную в них связанную информацию в виде файла данных, графики, программы или же IP-пакета, называются пакетом, который представляет из себя однонаправленную посылку от передающего узла к принимающему.

Набор пакетов, которыми обмениваются узлы для обслуживания, работающего через них приложения, называется обменом. Обмен, понимаемый как диалог между двумя приложениями высокого уровня, является двунаправленным, и после своего начала может оставаться открытым сколь угодно долго. Такая синтаксическая конструкция является отличительной чертой Fibre Channel и позволяет ему поддерживать огромное количество протоколов одновременно.

Здесь нужно обратить внимание, что сама сеть Fibre Channel умеет работать исключительно с кадрами, доставляя их между отправляющим и получающим узлами. Она даже не подозревает о более сложных синтаксических конструкциях в виде пакетов или обменов, которые создаются и разбираются самими узлами.

Words. Передача в Fibre Channel идет строго 4-байтовыми словами, т.е. 40битовыми последовательностями на уровне FC-0. Слова идут слитно и постоянно вне зависимости от наличия информации для передачи, когда передающий порт генерирует слова-пустышки (IDLE) в соответствии с требованиями уровня FC-0.

Для пересылки данных все байты представлены в виде символов ASCL Если первый байт слова, вернее даже, его первые 10 бит на уровне FC-1 заме-

щаются на служебный символ К28.5, то оно распознается, как служебное (ordered set) и, в зависимости от содержимого трех остальных байт, приобретает различную смысловую нагрузку. Примерами служебных слов могут быть IDLE (постоянная передача, слова-пустышки), ARB (запрос на арбитраж в петле), SOF (начало кадра) и EOF (конец кадра).

Frames служат «транспортными контейнерами» для пересылок между отдельными узлами сети хранения данных. Начало кадра определяется служебным словом Start Of Frame (SOF). Непосредственно за SOF располагаются шесть слов заголовка и от 0 до 528 смысловых слов. Кадр завершается контрольным словом Cyclic Redundancy Check (CRC) и End Of Frame (EOF). Другими словами, размер каждого кадра может варьировать от 9 до 537 слов, что позволяет его гибко подстраивать под объем передаваемой информации.

Следующее сразу за SOF первое слово заголовка (header word 0) содержит адрес маршрутизации по сети Fibre Channel. Остальные пять слов заголовка содержат уникальные идентификаторы последовательностей (header word 1), обменов (header word 2), определяют номер кадра в этих конструкциях (header word 3), относительное смещение в оперативной памяти (header word 4) и тип сообщений (header word 5) — SCSI, IP, AV, VI, и т.д.

Далее размещаются смысловые слова, ради которых все это и затевалось. Их количество в кадре может варьировать от 0 до 528 и определяется передающим портом с учетом собственных возможностей и возможностей остальных портов, информацию, о чем он получает во время процедуры подключения (log-in).

Служебное слово CRC является всегда предпоследним в кадре и служит для проверки правильности передачи заголовка и смысловых слов на основе содержащихся в нем контрольных 4 байт (32 бит).

Кадр закрывается с помощью слова EOF. И только после получения EOF порт опознает предыдущее слово, как CRC, ведь в нем все 4 байта являются контрольными и служебному символу К28.5 попросту не хватило места.

После завершения кадра N-порт (порт сервера приложения или устройства хранения данных) обязан также передать не меньше 6 слов IDLE. В основе требования передачи шести слов IDLE между кадрами заложена та же самая идея, что и при выборе кодировки 8b/l 0Ь — пожертвовать некоторой частью полосы канала для получения простого, недорогого и вместе с тем надежного механизма передачи. Кодировка 8Ь/10Ь «съедает» 20% пропускной способности канала в обмен на простой и надежный механизм распознавания слов. Шесть слов IDLE между кадрами делают примерно то же самое для обработки самих кадров. Дело в том, что в процессе передвижения кадра по сети хранения данных все встречающиеся ему на пути узлы имеют слегка отличающиеся собственные опорные частоты. В итоге, узел с несколько меньшей собственной частотой посылает кадры несколько медленнее, чем принимает, поэтому во избежание «наползания» кадров друг на друга он

просто время от времени выкидывает слова IDLE между ними. С той же целью более «быстрый» узел также время от времени может вставлять недостающие IDLE, чтобы «не наступать на пятки» своему соседу. Это позволяет не предъявлять высокие требования к кварцевым резонаторам разных производителей, к тому же работающим в разных температурных условиях.

Если вспомнить о 20% избыточности 8Ь/10Ь, то соотношение физической и информационной скорости составит 1 Гбит/с = 100 Мбайт/с, а для 2 Гбит/с = 200 Мбайт/с.

Чтобы иметь возможность обеспечить информационный поток пользовательских данных 100 Мбайт/с с учетом избыточности CRC, адресных заголовков и других служебных слов, сейчас на уровне FC-О используется скорость аппаратной передачи 1,0625 Гбит/с.

Таким образом, учитывая полнодуплексную реализацию Fibre Channel, можно говорить о представлении пользователю 400 Мбайт/с. в случае симметричности потоков данных, т.е. в контексте технологии FC-AL 2,12 Гбит/с = 400 Мбайт/с.

Sequences. Синтаксическая конструкция пакетов FC-AL определяется как серия из одного или нескольких кадров, несущих отдельные порции единого блока информации. Например, SCSI-команда вполне помещается в один кадр и, в данном случае, рассматривается, как пакет. Совершенно такая же ситуация и с 2GB блоком данных, только пакет в этом случае будет состоять из 960 млн. кадров. Блок данных всегда передается последовательно, что определяется протоколами более высокого уровня. Тем не менее, если при движении по сети передачи данных некоторые кадры будут задержаны, то принимающий порт способен корректно собрать принятые кадры в информационный блок на основании данных, содержащихся в заголовке SEQ_ID (идентификатор последовательности) и SEQ_CNT (порядковый номер кадра в последовательности).

Exchanges. Каждое взаимодействие между приложениями в сети Fibre Channel происходит в контексте обмена. Каждый обмен имеет инициатора (originator) и ответчика или респондента (responder). Для начала обмена инициатор посылает первый кадр первого пакета обмена респонденту. Содержимое кадра может составлять, например, SCSI-команду. В заголовке этого кадра инициатор присваивает значение exchange originator identification (OX_ID). После этого все кадры данного обмена будут возвращаться от ответчика с этим же OX_ID, что позволит инициатору получать контекстную информацию о приложениях и протоколах более высокого уровня из собственной таблицы соответствий. Одновременно с этим респондент присваивает собственное значение exchange responder identification (RX_ID) в первом кадре своего первого пакета в пределах данного обмена. После получения этого кадра инициатором все дальнейшие кадры содержат уникальные идентификаторы сторон в контексте данного обмена, что позволяет точно установить принадлежность кадров при нескольких одновремен-

ных обменах. Например, кадры пакетов обмена SCSI-командами могут приходить вперемешку с кадрами пакетов обмена IP, но порт сможет рассортировать их «на лету», отделяя «пиво от мух». Когда обмен завершен, соответствующие значения OX_ID и RX_ID освобождаются для использования в будущих обменах. Таким образом, N-порт FC-AL может рассматриваться, как многопротокольный маршрутизатор.

Каждый порт способен начать и поддерживать до 64 тыс. конкурентных обменов. Одновременно с этим он способен отвечать еще на 64 тыс. обменов с их поддержкой.

Оригинальность синтаксической структуры Fibre Channel, поддерживаемая словами 1-5 заголовка, разительно отличает его от остальных протоколов передачи. Во-первых, порт имеет возможность конкурентной поддержки различных протоколов высокого уровня. Во-вторых, управление типами передачи выполняется на аппаратном уровне с минимальными микросекунд- ными задержками. И, самое главное, все это происходит без участия системной шины, центрального процессора и операционной системы, т.е. не создавая потенциально узкие места в узлах сети.

Общие процедуры (FC-3). Этот уровень зарезервирован под описание общих процедур при наличии двух или более N-портов в хосте. Одним из примеров такой процедуры является образование «группы захвата» (hunt group), когда два или более N-портов объединяются под единым адресом, что позволяет увеличить пропускную способность канала от порта до сети хранения данных Fibre Channel.

Отображение протоколов (FC-4). Как и все предыдущие уровни, FC-4 также является чисто аппаратным и отвечает за преобразование различных протоколов в сигнальный протокол FC-AL и обратно. На основании заголовка пришедшего кадра содержащиеся в нем данные преобразуются и помещаются в область оперативной памяти, выделенную для приложения. ；л Понятно, что вряд ли эта функция может быть реализована программно при скоростях обмена 200 Мбайт/с, вследствие чего на этом уровне хранится аппаратный набор логических матриц (profiles), определяющих бинарное соответствие FC-AL и наследуемых протоколов высокого уровня.

Именно качество стандартизации логических матриц данного уровня будет определять преобразование одного протокола в другой, которое производится различна疝 методами. На первых порах производителям не всегда удавалось договориться между собой, чей же метод эффективнее и быстрее. Тем не менее, на сегодняшний день методы преобразования SCSI (для жестких дисков) и IP уже определены и приняты в виде стандарта. В ближайшее время будет завершена работа по принятию таких же единых методов преобразования для недисковых устройств SCSI,.а также FDDI, Token Ring, ATM, AV, VI, IBM SBCCS, HIPPI и многих других. После того, как метод преобразования конкретного протокола принимается, его алгоритм становится доступным для любого производителя. Это делает бессмыслен-

ным использование собственного метода и гарантирует совместимость различных устройств, что, собственно, и позволяет вывести технологию Fibre Channel в класс операторских решений.

Сети хранения данных на основе технологии Fibre Channel, являющиеся фрагментами оптоволоконной инфраструктуры мультисервисной сети, позволяют решить проблемы перегрузки и безопасности в ней.

В Fibre Channel сохранены основные коды команд протокола передачи данных на уровне блоков SCSI. Это обеспечивает легкость перехода от SCSI к Fibre Channel и обобщение FC на сеть хранения данных.

Fibre Channel поддерживает передачу данных на расстояния не более чем на несколько десятков километров и довольно дорога. В тот же момент, многие признают, что применение в качестве альтернативы транспортной технологии FC технологии IP в сети хранения данных не обладает достаточной производительностью, надежностью и безопасностью. Среда IP предлагает обслуживание по мере возможности и при максимальном размере кадра Ethernet (1500 байт) передача данных по IP менее эффективна, чем доставка пакетов с помощью Fibre Channel.

Кроме того, производителям оборудования для организации хранения в сетях IP придется обратиться к стандартным методам кодирования и последующего декодирования передаваемых данных, чтобы избежать проблем несовместимости.

Несмотря на явные недостатки и ограничения технологии IP для построения сетей хранения данных, ее распространенность, особенно в корпоративных сетях, стимулирует попытки найти пути использования традиционных сетевых технологий, ориентированных на межкомпьютерное взаимодействие для построения SAN.

Fiber Channel over IP (FCIP)

FCIP — это технология, предложенная Cisco совместно c Lucent Technologies и рядом других компаний. Согласно этой технологии кадры Fibre Channel инкапсулируются и туннелируются поверх IP для связи разнесенных сетей хранения по магистрали IP. FCIP обеспечивает прямое соединение между удаленными сетями хранения, позволяя преодолеть свойственное Fibre Channel ограничение на дальность передачи данных.

Технология FCIP удовлетворяет требованиям гарантированной доставки SCSI без необходимости каких-либо существенных изменений. Она разрабатывалась для связи разнесенных сетей хранения Fibre Channel через протяженные магистральные сети, использующие, в том числе, и оптические соединения. Реализации технологии FCIP возможны в коммутаторах, мостах и шлюзах, а также в маршрутизаторах IP с FCIP-совместимыми моду-

лями, либо в коммутаторах Fibre Channel с FCIP-совместимыми портами. Существует ряд устройств поддерживающих FCIP:

OptiStar EdgeSwitch — маршрутизатор компании Lucent;

SL1000 — шлюз компании SAN-Valley;

GFS-8 — коммутатор компании SAN-Castle.

Однако, серьезным препятствием для распространения технологии FCIP может стать туннелирование в TCP/IP, так как процедура обработки инкапсулированных пакетов способна негативно повлиять на эффективность и скорость обработки транзакций. К тому же FCIP по сравнению с другими технологиями более уязвима к отказам в соединениях.

Применение туннелей в IP (FCIP) не предназначен^ для решения потенциальной проблемы. Она решается протоколами работы с памятью в Интернет такими, как Internet Fibre Channel Protocol (iFCP) и Internet SCSI (iSCSI), которые могут повысить эффективность и гарантированность маршрутизации, как для установления соединения, так и для предотвращения распространения ошибок. Широко используемый в IP-сетях протокол Open Shortest Path First (OSPF), дает возможность каждому сайту сети насладиться возможностями автономной подобласти внутри IP-сети. Формально реальные телекоммуникации позволяют ограничиться OSPF, но необходимо помнить, что каждый сайт должен оставаться полнофункциональным, если один из узлов сети хранения данных допустит сбой или выйдет из строя. Поэтому для надлежащего обобщения технологии SAN и получения оптимального решения применительно к среде IP необходима комбинация OSPF и протоколов общения с устройствами хранения данных, ориентированными на среду IP.

Storage over IP (SOIP)

Дальнейшее развитие идей по созданию сетей хранения данных в среде IP привело к появлению целой серии различных решений по созданию сетей хранения данных, использующих технологию Интернет и его протоколы.

Однако необходимо отметить, что, несмотря на популярность технологии Ethernet, ее дешевизну и распространенность, она остается ориентированной на корпоративные, а не на операторские решения. Попытка ее модернизации неизбежно ведет к воспроизведению свойств технологий операторского класса, существенному удорожанию оборудования и неизбежному возрастанию эксплуатационных расходов мультисер вис ной сети, интегрирующей коммерческие приложения.

Internet SCSI (iSCSI) — это протокол, предложенный компаниями IBM и Cisco. Он призван обеспечить конвергенцию технологии SAN в среду TCP/IP, и позволяет передавать команды SCSI в рамках этой среды. В протоколе iSCSI набор команд SCSI целиком сохранен. Он отображается на протокол IP для передачи данных на уровне блоков. Передача данных в

сети, организованной на базе iSCSI, осуществляется поверх стандартных соединений Ethernet.

Одним из первых iSCSI-совместимых устройств, выпущенных на рынок в 2001 г., стал маршрутизатор Cisco 5420 Storage Router, связывающий устройства iSCSI с системами Fibre Channel. Другие производители — Nishan Systems, 3ware, SANcastl, FalconStor Software — выпустили на рынок iSCSI- совместимые маршрутизаторы, серверы, а также программное обеспечение.

Технология iSCSI, как и NAS, позволяет осуществлять ввод/вывод на уровне файлов. В тот же момент, обработка данных ведется на уровне блоков. Отличие состоит в том, что увеличение сксфости iSCSI приближает подключаемые устройства хранения к уровню производительности сетей хранения Fibre Channel.

Компании FalconStor, BackBone Software и DataCore, производители программного обеспечения для управления системами хранения, заявляют, что они будут поддерживать iSCSI.

Один из упреков в адрес iSCSI касается отображения команд iSCSI на IP — этот процесс связан со значительными расходами на обработку, что чревато задержками при передаче. Для освобождения процессора сервера от излишней нагрузки был разработан специальный адаптер шины хоста (Host Bus Adapter, НВА). Такие адаптеры готовы выпускать Intel, Adaptec, Agilent, Alacritech, Emulex, и QLogic (их продукты находятся на различной стадии разработки и тестирования).

Помимо этого, технология iSCSI требует модификации программного обеспечения существующих приложений, так как необходимо решать такие задачи, как выявление отброшенных пакетов и проверка четности. Реализация части стека протокола TCP/IP на аппаратном уровне может частично облегчить решение проблемы прозрачности. Однако, быстро справиться с этой проблемой не удастся. В отличие от iSCSI, в технологии Fibre Channel все необходимые функции реализуются на аппаратном уровне, что обеспечивает прозрачность работы приложений.

iFCP (Internet Channel Protocol) первоначально был предложен компанией Nishan для соединения сетей Fibre Channel с помощью шлюзов на базе ТСР/ IP. Он предполагает постепенную замену коммутаторов и маршрутизаторов Fibre Channel на системь! на базе IP.

Последствия вероятного отказа в каналах связи в сетях iFCP сводятся к минимуму, благодаря особенностям маршрутизации, поддерживаемым этим протоколом. Обеспечивая инфраструктуру и транспорт, технология iFCP, по идее разработчиков, может использоваться как между разнесенными сетями хранения, так и в рамках сетей Fibre Channel. При связи удаленных сетей хранения каждому пограничному устройству требуется аппаратное обеспечение для организации шлюза. Сторонники технологии iFCP указывают на то, что такие шлюзы могут быть совместимы с iFCP и iSCSI, причем в случае iFCP, по мнению его сторонников, в существующие устрой-

ства Fibre Channel и соответствующие приложения придется внести меньше изменений.

Примером устройства поддерживающего iFCP является многопротокольный коммутатор IPS 4000 компании Nishan, который также поддерживает iSCSI и GigE.

Компания Nishan предложила свою концепцию применения протокола Fibre Channel для городских сетей — mFCP (metro Fibre Channel Protocol), он рассчитан на центры хранения данных и не очень протяженные сети (масштаба городских). Согласно предложенной концепции, протокол mFCP призван помочь интегрировать корпоративные SAN на базе iFCP в инфраструктуру масштаба города, использующую сетн хранения данных на базе устройств Fibre Channel. При этом mFCP является фактически шлюзом в общегородскую магистральную сеть хранения данных.

iSNS (Internet Storage Name Server) основан на службе SNS, использующей протокол обнаружения устройств в сетях хранения данных. iSNS сочетает в себе особенности протоколов SNS и DNS, беря за основу принципиальный механизм обнаружения устройств в сетях IP. Его привлекательность в увеличении производительности и управляемости разнородных сетей с участками Fibre Channel и IP.

Поддержка этого протокола в мультисервисных сетях может оказаться актуальной, лишь в приложениях, использующих IP-технологии (например, корпоративные сети на базе VPN, Интернет-приложения контентодержателей, и т.п.).

InfiniBand

Концепция InfiniBand является частным случаем реализации концепции системы ввода/вывода третьего поколения, которая была разработана компанией Intel в целях замены устаревшей шины PCI.

InfiniBand обеспечивает множеству устройств ввода/вывода возможность посылки одновременных запросов к процессору, через коммутируемую архитектуру «точка—точка» системы таким образом, чтобы в процессе передачи данных не возникало《узких» мест.

Архитектура этой технологии может быть представлена четырехуровневой моделью, которая несколько напоминает сетевую модель ISO/OSL Совместимость с моделью адресации PCI (архитектура «загрузки—сохранения с одноуровневой памятью») гарантирует, что все существующие приложения и драйвера будут функционировать без изменений.

Программный уровень представления данных генерирует запросы на запись —— чтение, транспортируемые сетевым уровнем обработки транзакций к устройствам ввода/вывода с помощью протокола расщепления транзакций на основе пакетов. Канальный уровень добавляет к этим пакетам порядковый

Config / OSConfig / OSNo OS ImpactNo OS ImpactS/WS/WFuture speeds and encoding techniques only impact t№ Physical layerFuture speeds and encoding techniques only impact t№ Physical layerРис. 7. Четырехуровневая модель InfiniBandРис. 7. Четырехуровневая модель InfiniBand

Config / OS

Config / OS

No OS Impact

No OS Impact

S/W

S/W

Future speeds and encoding techniques only impact t№ Physical layer

Future speeds and encoding techniques only impact t№ Physical layer

Рис. 7. Четырехуровневая модель InfiniBand

Рис. 7. Четырехуровневая модель InfiniBand

номер и CRC для создания высоконадежного механизма передачи. И наконец, физический уровень состоит из спаренных симплексных каналов, которые функционируют как передающая и принимающая пары. Начальная скорость в каждом таком канале 2,5 Гбит/с, обеспечивая канальную скорость 200 МБ/с, что в два раза превышает скорость классической PCI шины.

Физический уровень InfiniBand состоит из двух независимых низковольтных пар сигналов (передающая пара и принимающая пара). Тактовая синхронизация встроена в схему кодирования 8бит/1 Обит, достигая высокой скорости передачи данных.

Полоса пропускания по концепции 3GIO линейно масштабируемая за счет добавления сигнальных пар, агрегируемых в параллельное соединение. Физический уровень поддерживает различную разрядность данных (xl, х2, х4, х8, х12, х16 и х32) и расщепляет поток байт, как показано на рис. 8.

Каждый байт передается с применением кода 8Ь/10Ь независимо через соответствующее соединение. Такое решение кардинально решает проблему «гонок» (неодновременносТи прихода импульсов, составляющих кодовое слово, при обмене по параллельному соединению на большие расстояния) и стробирования импульсов в физическом соединении.

При инициации каждое канальное звено договаривается с оппонентом о кратности соединения (одиночное или множественное) и о частоте взаимодействия с помощью двух агентов на каждом конце звена. При этом не требуется встроенных микропрограмм или драйверов операционных систем.

Концепция архитектуры 3GIO обеспечивает будущие наращивания скорости и развитие техник кодирования. Все эти изменения, а также среда доставки могут повлиять на изменения лишь на физическом уровне, и не затронут вышележащие уровни модели архитектуры.

「We 5 , (Byte〕) ( Byte 3 )「We 5 , (Byte〕) ( Byte 3 )CZD (ВХ* 5 ) () Byte stream( 6yte 3 )(conceptual)/ 、f Byte 2 JCZD (ВХ* 5 ) () Byte stream( 6yte 3 )(conceptual)/ 、f Byte 2 JByteOByteO( Byte if) f Byte Г)( Byte if) f Byte Г){ ByH 1 J{ ByH 1 Jf Byte 2 , GEDf Byte 2 , GEDLane 0Lane 0(…)(…)Lane 2Lane 2Lane 0Lane 0Lane 1Lane 1Lane 3Lane 3

「We 5 , (Byte〕) ( Byte 3 )

「We 5 , (Byte〕) ( Byte 3 )

CZD (ВХ* 5 ) () Byte stream( 6yte 3 )

(conceptual)/ 、

f Byte 2 J

CZD (ВХ* 5 ) () Byte stream( 6yte 3 )

(conceptual)/ 、

f Byte 2 J

ByteO

ByteO

( Byte if) f Byte Г)

( Byte if) f Byte Г)

{ ByH 1 J

{ ByH 1 J

f Byte 2 , GED

f Byte 2 , GED

Lane 0

Lane 0

(…)

(…)

Lane 2

Lane 2

Lane 0

Lane 0

Lane 1

Lane 1

Lane 3

Lane 3

Рис- 8. Канальное звено из одинарного или множественного соединения

Канальный уровень InfiniBand гарантирует надежную доставку пакетов по каналам 3GIO. Канальный уровень отвечает за сборку/разборку данных. Он добавляет порядковый номер и CRC к пакету транспортного уровня, как показано на рис. 9.

Большинство пакетов инициируются на транспортном уровне. Протокол контроля передачи, основанный на доверии, гарантирует, что пакеты будут переданы только тогда, когда будет известно, что буфер на другом конце звена доступен для приема пакета. Это устраняет любые повторения паке-

Яис. 9. Трансформация пакета данных при обработке его на разных уровнях моделиЯис. 9. Трансформация пакета данных при обработке его на разных уровнях модели

Яис. 9. Трансформация пакета данных при обработке его на разных уровнях модели

Яис. 9. Трансформация пакета данных при обработке его на разных уровнях модели

тов и неэффективное использование полосы пропускания из-за ограничений источника данных. Канальный уровень автоматически прекращает передачу пакета; в случае приема передающим концом сообщения об ошибке на приемном конце.

Транспортный уровень InfiniBand получает запросы на чтение—запись от программного уровня и формирует пакеты запросов для транспортировки на канальном уровне. Все запросы выполняются как расщепленные транзакции и некоторые из пакетов запросов нуждаются в пакетах ответа. Транспортный уровень также получает пакеты ответов с канального уровня и сравнивает их с исходными запросами программного уровня. Каждый пакет имеет уникальный идентификатор, что позволяет пакетам ответа направляться источнику запроса. Пакеты поддерживают 32-разрядную адресацию памяти и расширенную 64-битную адресацию. Пакеты также имеют такие атрибуты, как:

«no-snoop> — конфиденциально;

«relax-ordering» — не жесткий порядок (следования);

«priority» — приоритет.

Эти атрибуты могут быть использованы для оптимизации маршрутизации таких пакетов в системе ввода/вывода.

Транспортный уровень четыре адресных пространства, включающие три адресных пространства PCI (оперативная память, ввод/вывод и конфигурация), а также дополнительное пространство сообщений. В PCI 2.2 был внедрен, как опциональная возможность, альтернативный метод Message Signaled Interrupt (MSI). Это специальный формат записи транзакций в память, который используется вместо жесткой связи со служебным сигналом. Концепция системы ввода/вывода воспользовалась концепцией MSI как основной метод организации прерываний и использует пространство сообщений для поддержки всех приоритетных служебных сигналов (например, прерывания, управление питанием, рестарт и т.п. сообщения). В спектр сообщений также включены и другие «специальные циклы», предусмотренные спецификацией PCI 2.2 (Interrupt Acknowledge). Можно считать, что служба сообщений 3GIO функционирует как «виртуальная тина», так как она избавляет от широкого спектра служебных сигналов, используемых в настоящее время в реализациях платформы PCI.

Программный уровень решает главную задачу 3GIO обеспечения совместимости. Существует два аспекта программной совместимости: инициация или последовательность действий и время исполнения. PCI имеет хорошую (надежную) модель инициализации, в которой операционная система может находить все добавленные устройства, такие как память, пространство ввода/вывода, и создавать оптимальную конфигурацию. Ключевые концепции в настройках и программировании PCI устройств ввода/вывода сохранились неизменными в архитектуре 3GIO. Фактически все операционные системы и программное обеспечение будут работать без модификации на

платформах, построенных на ЗСЮ-архитектуре. Новое программное обес- печение сможет использовать новые возможности.

InfiniBand позволяет увеличить скорость и производительность систем хранения NAS, Причем для снижения уровня задержек устройств NAS могут применяться файловые системы прямого доступа (Direct Access File System, DAFS). DAFS представляет собой протокол, разработанный Network Appliance для совместного доступа к файлам в центрах хранения и обработки данных.

InfiniBand намного сложнее архитектуры шины PCI. Изменение физической инфраструктуры неизбежно влечет за собой необходимость принятия мер по стыковке аппаратных и программных средств. Помимо этого, существуют ограничения на дальность передачи данных, аналогичные технологии Fibre Channel, что может стать сдерживающим фактором к ее рао пространению за рамки распределенных центров данных операторов мультисервисных сетей или корпоративных хранилищ данных масштабов города. Как показывает описание архитектурных моделей Fibre Cannel и InfiniBand, они могут быть аналогичны по топологии сети хранения данных и совместимы на физическом уровне оптических соединений, что позволяет разработчикам поддерживать оба стандарта в одном коммутаторе.

Примеры реализаций данной технологии:

Nitro компании Mellanox Technologies представляет собой ультратон- кий сервер на базе InfiniBand для центров данных.

Маршрутизатор Crossroad 1000 компании Crossroad Systems позволяет передавать данные между сетями Fibre Channel, iSCSI и InfiniBand.

В компании Paceline Systems разрабатывается коммутатор InfiniBand, который обеспечит взаимодействие серверов, систем хранения и сетевых устройств.

Среди прочих производителей коммутаторов, маршрутизаторов и мостов InfiniBand — компании InfiniCon, InfiniSwitch и Voltaire. Компании Intel, JNI и QLogic начинают поставки адаптера шины хоста HBAS InfiniBand. Управляющее программное обеспечение InfiniBand разработано в Lane 15 и Video.

Сравнительный анализ технологийпостроения SAN

Проведенный выше обзор технологий, применяемых при организации сетей хранения данных, показывает, что наиболее обширные исследования в этой области ведутся для корпоративных приложений, использующих среду IP. Отличительной особенностью этого сектора рынка является отсутствие договорных обязательств между сервис-провайдером и потребителем, так как весь информационный обмен в сети хранения данных ведется не коммерческими, а корпоративными приложениями. Отсутствие жестких

обязательств по гарантиям качества мультисервисных услуг, существенно упрощает задачу администрирования. Это позволяет добиться гарантий качества для привилегированных пользователей корпоративных сетей за счет деградации качества обслуживания остальных потребителей, что абсолютно недопустимо в коммерческих сетях операторов связи и сервис-провай- деров информационных приложений.

Стоимость технологических решений SAN остается довольно высокой, поэтому корпоративный сектор рынка будет и впредь концентрировать массовый спрос на системы хранения сетевой памяти NAS и лишь крупные, особенно транснациональные, компании наверняка сохранят свой интерес к корпоративным решениям по технологии SAN. Помимо этого, реально достижимая логическая скорость канала сети хранения данных, созданной в среде IP, может быть соизмерима с остальными рассмотренными технологиями лишь на инфраструктуре 10Gb Ethernet. В целях оптимизации критерия качество/цена, технология Ethernet, исходя из статистики использования корпоративных сетей и структуры их трафика, подразумевает эффективную работу сети лишь при 30% загрузке канала и не выше. Превышение этого порога грозит перегрузкой узлов сети и резкой потерей логической скорости канала. При этом сохраняются все физические характеристики пропускной способности канала. Поэтому, вряд ли следует ожидать внедрения операторами мультисервисных сетей технологий SOIP.

В то же время, мировой кризис, ознаменовавший начало века, падение индекса Dow Jones, обусловленное потерей надежд на сверхприбыли от развития бизнеса в Интч)нет, постепенно смещает интересы инвесторов в область индустрии масс-медиа, производства контента и дистрибуции его по каналам широкополосного доступа мультисервисных сетей. Можно ожидать, что эта тенденция развития услуг широкополосного доступа для абонентов мультисервисных сетей, стимулирует появление в этих сетях 1фупнык контентохранилищ общего пользования, реализация которых немыслима без решений по технологии SAN операторского класса, уже дашю базирующихся на инфраструктуре Fibre Channel.

Стандартизация Fibre Channel и достижение совместимости устройств, поддерживающих эту технологию, разных производителей устранили последние сомнения операторов о применимости специализированных сетей хранения данных для обслуживания информационных приложений мультисервисных сетей.

Технология InfiniBand изначально разрабатывалась не столько для решения задач по созданию сети хранения данных, сколь для повышения эффективности межпроцессорного обмена между серверами, объединяемыми в кластер. Сервера приложений с одной стороны являются узлами телекоммуникационной инфраструктуры мультисервисной сети, обслуживающими ее клиентов. С другой стороны, эти же сервера являются абонентами сети хранения данных. В современной литературе можно встретить разночтения, относящие InfiniBand к технологиям SAN, а не к инфраструктурам парал-

дельной обработки и кластеризации вычислительных сетей. Попытка применить ее для создания SAN окажется целесообразной в будущем с появлением стандартных устройств хранения данных, поддерживающих архитектуру 3GI0. Это ожидается во второй половине 2003 года. Пока она находится в стадии разработки и стандартизации.

Вероятнее всего, первые решения с применением InfiniBand появятся у операторов мультисервисных сетей не в сетях хранения данных, а в инфраструктурах межпроцессорных соединений, кластеризирующих и концентрирующих сервера приложений в узлах агрегирования услуг. Дело в том, что, несмотря на некоторую схожесть с точки зрения сетевых взаимодействий, решаемых InfiniBand и прочими технологиями задач, вопросы адресации в сети с большим количеством узлов и управления такой сетью не являлись для этой технологии первоочередными. InfiniBand обладает мощным потенциалом создания распределенных вычислительных комплексов с активным использованием параллелизма, работающих как единое целое. Он может обеспечить в сети хранения данных физическую скорость обмена данными 10 GB/s и более, что превосходит существующие возможности Fibre Channel. Помимо этого, идеи виртуализации разрядности шины, заложенные в 3GIO, позволяют масштабировать скорости обмена данными за счет параллелизма. Поэтому ее конвергенция с Fibre Channel может дать новый импульс эволюции сетей хранения данных операторского класса.

Система управления сетью хранения данных SAN

Сеть хранения данных должна быть готова объединить разнородные устройства хранения данных и аппаратно-программные комплексы серверов приложений. Сервера приложений используют ксмипьютеры множества производителей и опираются на широкий спектр операционных систем MacOS, Unix (AIX, IRIX, Compaq Tru64, HPUX, Linux, Solaris и т.п.) и Windows (NT, 2000 SP2, XP ...) клонов. Поэтому готовность к внедрению нового приложения в мультисервисной сети или наращиванию емкости хранилища данных за счет включения новых устройств хранения, является для системы управления SAN ключевым свойством.

Система управления SAN — это специализированная служба, реализуемая как независимое серверное приложение selected storage dotnain server (SDS). Главная задача этого сервера — формирование и конфигурирование доменов сети хранения данных. Виртуализация устройств хранения данных, используемых в клиентских депозитариях и контентохранилищах различных приложений мультисервисной сети, оптимизирует ресурсы устройств хранения данных. Для баланса нагрузки в иерархическом контентохранили- ще, сети хранения данных необходима оптимизация логической скорости и полосы пропускания соответствующих каналов. По мере роста трафика в результате масштабирования узлов сети и увеличения клиентской базы эта оптимизация должна проводиться постоянно.

gNSM/

System Management

SNMP

Storage

Switch

Policy Management

Virtualization

Message Interconnect

Message .Bus (XML> Publish and Subscribe Model

HAJ Cluster Mgt.

External Functions

Service Related Functions

Control Functions

Core Functions

Device Control

Functions

SNMP

SNMP

Application Server

Рис. 70- Компоненты SAN и варианты управления сетью хранения данных

Специфика реализации приложений в мультисервисной сети заключается в большом объеме или в быстром росте клиентской базы. Совместно с требованиями политики информационной безопасности это обуславливает использование для каждого из приложений специализированных аппаратнопрограммных комплексов, каждому из которых соответствует один или несколько каналов SAN, логических томов on-line и near-line устройств хранения данных.

Существенную роль в системе управления сетью хранения данных занимает статистический анализ нагрузки, типа и длины транзакций, частоты.

Разработка систем управления сетями хранения и архивации данных различного назначения, ориентированных, как на корпоративный, так и на операторский секторы рынка, активно ведется такими компаниями как: Brocade, Vixel, Qlogic, Nishan, DataCore Software, ADIC, OTG, Compaq, и т.п.

4.3. Устройства хранения информации

Сеть хранения данных объединяет сервера приложений и различные устройства хранения информации. Задача такой сети ——обеспечить прозрачность доступа серверов приложений к массивам устройств хранения. Эти устройства хранения гарантируют сохранность информации даже при вы-

I с добавленной стоимостью в мультисервисных сетях

Рис. 10. Компоненты SAN и варианты управления сетью хранения данных

Специфика реализации приложений в мультисервисной сети заключается в большом объеме или в быстром росте клиентской базы. Совместно с требованиями политики информационной безопасности зто обуславливает использование для каждого из приложений специализированных аппаратнопрограммных комплексов, каждому из которых соответствует один или несколько каналов SAN, логических томов on-line и near line устройств хранения данных.

Существенную роль в системе управления сетью хранения данных занимает статистический анализ нагрузки, типа и длины транзакций, частоты.

Разработка систем управления сетями хранения и архивации данных различного назначения, ориентированных, как на корпоративный, так и на опера- тсрский секторы рынка, активно ведется такими компаниями как: Brocade, Vixel, Qlogic, Nishan, DataCore Software, AD1C, OTG, Compaq, и т.п.

Устройства хранения информации

Сеть хранения данных объединяет сервера приложений и различные устройства хранения информации. Задача такой сети — обеспечить прозрачность доступа серверов приложений к массивам устройств хранения. Эти устройства хранения гарантируют сохранность информации даже при вы-

ходе из строя некоторых компонент или ресурсов сети. Доступность данных обеспечивается основными носителями первичного хранения информации, базирующимися на магнитных дисках и их объединениях в RAID- массивы. Однако, как показывают независимые исследования и оценки экспертов, лишь 20% от общего объема хранящихся данных активно используются приложениями и их потребителями. Остальные 80% информации «мертвым грузом» занимают дорогое дисковое пространство.

Перевод редко запрашиваемой информации в архив на ofiMine носители (магнитные ленты, CD, DVD ROM или DVD RAM) приводит к резкой потере оперативности доступа к информации. Оптимальным по критерию отношения качество/цена решением, обеспечивающим высокую доступность и защищенность информации, является концепция автоматизированного хранилища данных с иерархической памятью, интегрирующего первичную (массивы дисковых накопителей различных архитектур) и вторичную память (роботизированные архивы более дешевых, чем магнитные диски, носителей).

Традиционно под архивацией данных подразумевалось их перемещение на off-line носители на магнитной ленте. Восстановление архива представляло при этом длительный процесс, приводящий к нескольким часам простоя приложений или ожиданий клиентами доступа к интересующей их информации. Появление архивных носителей произвольного доступа (DVD, МО) существенно уменьшили зависимость от процессов восстановления данных и привнесло большое количество автоматических процедур извлечения данных из архива.

Концепция иерархической памяти позволяет эффективно уменьшить объем данных, подлежащих резервному копированию, и время их восстановления после сбоев в системе. Постоянное хранение 80% информации на near-line носителях, независящих от энергоснабжения, позволяет ограничить резервное копирование лишь 20% данных, размещаемых на первичных носителях.

JBOD- и RAID-массивы

Стандартным первичным носителем наших дней стали жесткие диски типа «винчестер», использующие в серверных приложениях SCSI-интерфейс. Емкости современных дисков достигают 181 GB, а скорости вращения шпинделя этих устройств и, следовательно, доступа к информации 10 000...15 000 оборотов. Однако, емкости памяти катастрофически не хватает для размещения экспоненциально растущего контента и приходится наращивать число параллельно работающих дисков. Так появились устройства хранения данных на первичных носителях. Это внешние по отношению к серверу приложения устройства, объединяющие обычно до 12 дисков в едином блоке, монтируемом в стандартную 19м стойку, обычно вмещающую до 96...ПО дисководов, что обеспечивает емкость устройства хранения данных от нескольких единиц до двух десятков ТВ. Такой аппа-

ратный агрегат снабжается одной или двумя петлями каналов ввода/выво- да (рис. 11), поддерживающих стандарт SCSI или Fibre Channel.

Агрегирование дисков в первичных устройствах хранения может быть произведено по двум взаимозаменяемым стратегиям JBOD (Just Bunch of Disks) или RAID (Redundant Array of Independent Disks). В первом варианте просто наращивается Суммарная емкость хранилища, воспринимаемого как один агрегат — дисковый массив. Во втором варианте контроллер дискового массива организует физическую структуру записей по специальному алгоритму. Этот алгоритм повышает надежность и безотказность работы дискового массива не только за счет резервирования, но и за счет специальных алгоритмов восстановления при ошибках и отказах.

JBOD по своей архитектуре является сегментом петли с арбитражным доступом Fibre Channel. Это очень важно, так как чем больше JBOD, тем больше делится пропускная способность петли. Обычно внутри JBOD-массива вдоль внутренней шины (back plane) идет собственная петля, к которой подключены диски. Если они выдают данные со скоростью 15...20 Мбайт в секунду, 5- или 7-дисковая полка может полностью занять всю пропускную способность FC в 100 Мбайт/с.

Поэтому добавлять новые диски в JBOD имеет смысл до тех пор, пока суммарные требования к йх пропускной способности не превысят пропускной способности петли, к которой этот JBOD подключен.

При установке JBOD важно помнить о требованиях к адресам. Каждый диск занимает один адрес AL_PA (Arbitrated Loop Physical Address). Если JBOD подключается к коммутатору Fibre Channel, необходимо проверить, поддерживает ли он достаточное количество AL_PA на каждом порте.

ДисковыйДвухкольцвввя ГС-AL = 200 Мбайт/с

контроллер4UyxnopTosoe устройство, М = 1, 2, 312в

Рис. 11. Двухкольцевая организация дискового массива по стандарту FC AL

Кроме того, у JBOD есть еще одна проблема: трудно определить источник ошибки CRC. Крайний диск массива может время от времени искажать кадры, передаваемые другими дисками. Однако некоторые коммутаторы позволяют находить источник этой ошибки.

Гораздо более надежные алгоритмы хранения данных реализуют RAID архитектуры, каждый из которых ориентирован на определенную специфику хранения и работы серверов приложений со своими данными. Существует несколько алгоритмов повышения надежности в первичных устройствах хранения данных.

RAID-О алгоритм, при котором каждая порция информации входного потока делится на N фиксированных блоков (где N — число дисков в матрице) с последующей записью на свой диск. В отличие от классической схемы SLED, где самым медленным устройством являлся жесткий диск, в случае RAID можно получать пропорциональное приращение скорости за- писи/чтения увеличением количества связанных дисков вплоть до насыщения системной шины компьютера. RAID-О не создает никакой избыточности и не гарантирует сохранность данных при отказе одного из физических накопителей, но создает максимально быструю дисковую систему, скорость которой в идеале в N раз превышает быстродействие физического диска, поэтому обычно используется для потоковых задач типа видеомонтажа.

RAID-1 или зеркалирование (mirroring) требует четного числа дисков и осуществляет попарное дублирование информации. В отличие от RAID-0 гарантирует сохранность данных при сбое любого из дисков, при этом стоимость дискового пространства увеличивается вдвое из-за всегда сохраняющейся 100% избыточности. Алгоритм применяется в системах, где уже необходима надежность хранения данных, но объем дисковой матрицы все еще незначителен, чтобы всерьез задумываться о стоимости избыточных физических накопителей. Из-за простоты реалнзацин многие «продвинутые» ОС способны организовать RAID-О .программными средствами.

RAID-3 данные разбиваются этим алгоритмом на уровне байт на подблоки и записываются одновременно на все диски массива кроме одного, который используется для четности, обеспечивая тем самым нечувствительность массива к отказу любого из накопителей. RAID-3 идеально подходит для тех задач, где требуется максимальная скорость записи/чтения больших файлов с гарантированной защитой от сбоев. В отличие от RAID-О, по мере увеличения количества дисков избыточность уменьшается в соответствии с 1/N, а скорость последовательного доступа увеличивается пропорционально N-1.

RAID-5 во многом похож на RAID-О, но информации из входного потока разделяется на N-1 блоков, а N-й блок вычисляется из N-1 первых и является контрольным. В случае утраты одного из N блоков, информация однозначно восстанавливается из N-1 других. Контрольный блок каждый раз от цикла к циклу записывается на новый диск, совершая как бы《круговой обход». Таким образом, все диски в матрице являются равнозначными,

подвержены одинаковому износу, и, в случае сбоя сектора на диске или всего диска целиком, информация восстанавливается без потерь. Стоимость дискового пространства абсолютно идентична RAID-3. В отличие от RAID-3 имеет существенно лучшие характеристики произвольного доступа, т.е. идеально подходит для OLTP.

RAID-10/30/50 композитные алгоритмы, где с целью еще большего повышения надежности происходит зеркальное отображение двух идентичных матриц RAID-0, RAID-3 или RAID-5, соответственно.

Как известно, самый быстрый доступ к дисковой подсистеме обеспечивает RAID-О. Этот алгоритм хорош для виртуальных дисков, используемых для промежуточного хранения информации в процессе работы программы или для организации файла подкачки. Возможно также использование этого алгоритма для хранения больших объемов информации, некритичных к возможной потере, копии которых всегда можно восстановить из архива. RAID-О не только самый быстрый, но и максимально использующий дисковое пространство алгоритм. RAID-О — лучшее решение для мощной графической станции, работающей с очень большими объемами мультимедиафайлов в реальном времени, когда кэш уже не спасает.

Производительность чтения/записи RAID-системы зависит от длины файла. Алгоритмы RAID-5 и RAID-1 применяют для виртуальных дисков, главное требование к которым — надежность хранения данных. Обычно это:

файлы данных;

файлы резервного копирования;

инсталлированное и настроенное программное обеспечение;

операционные системы, рабочие модули и данные серверов печати, почтовых серверов, и т.д.

Диски устройства хранения данных можно выделять для хранения особо важных архивов и для ценных файлов, которые могут потребоваться в любой момент. Уровни RAID-1...RAID-5 сокращают полезный объем дискового пространства, но позволяют быть уверенным в гарантированной сохранности данных. <

Важной особенностью является то, что можно сделать некоторое количество виртуальных системных дисков С разным уровнем RAID на одной дисковой матрице. Организация этих дисков не зависит ни от количества SCSI-каналов, ни от числа физических дисков и их взаиморасположения в RAID-массиве.

На одном и том же множестве дисков после объединения их в пакет можно создать до 8-ми системных дисков, отличающихся как уровнями RAID, так и алгоритмами работы с кэш-памятью, что позволит удовлетворить потребности всех пользователей.

При конфигурировании RAID-массива устройства хранения данных администратор контентохранилища должен четко представлять характер задач, нагружающих дисковую систему, и способы увеличения быстродействия в соответствии с затратами. Немалую роль в этом играет выбор операционной системы и программного обеспечения. Необходимо выбрать действительно надежные и качественные диски, способные бесперебойно работать продолжительное время. Желательно, чтобы среднее время наработки на отказ (MTBF) был не меньше 1 000 000 часов, т.к. вероятность отказа или нештатного режима работы дисковой матрицы увеличивается с увеличением количества дисков.

Производительность дисковой матрицы зависит не столько от производительности дисков, сколь от их числа и правильной конфигурации. Контроллер диска в основном характеризуется интерфейсом (UltraWIDE, Ultra2 или др.) и размером кэш-памяти. Желательно, чтобы объем кэш-памяти на диске был не менее 512 Кбайт. Это позволит увеличить производительность записи/ чтения, особенно при частых и малых транзакциях — ведь в дисковой матрице этот кэш складывается и при 10 дисках получается уже не менее 5 МВ. Наиболее целесообразным алгоритмом RAID при создании контентохранилища является RAID-5, так как в этом случае, при масштабировании емкости устройства хранения, расширение дискового пространства сводится к простому добавлению физического диска, т.е. будет стоить ровно в два раза дешевле, чем при RAID-1.

Как и для любого микропроцессорного устройства, контроллеру устройства хранения данных необходима оперативная память под собственные нужды, поэтому ее минимальный размер в большинстве моделей составляет 2 МВ. При наличии памяти большей емкости контроллер использует ее для кэширования данных. В настоящее время верхний предел ограничен объемом 128 МВ. Устройство имеет собственный заменяемый BIOS, выполненный по технологии FLASH или в виде съемной микросхемы ПЗУ:

Роботизированные библиотеки

Роботизированные библиотеки магнитных лент уже давно используются для автоматизации процессов архивации и восстановления. Но восстановление с магнитной ленты, являющейся носителем последовательного доступа, довольно длительный процесс, который не позволяет обеспечить приемлемое время доступа к любому информационному объекту хранилища.

Появление роботизированных библиотек архивных носителей произвольного доступа кардинально изменило концепцию создания информационного хранилища. Новая концепция иерархической памяти опирается на роботизированные библиотеки энергонезависимых пеаг'Нпе носителей произвольного доступа, обеспечивающих миграцию данных из первичной памяти во вторичную.

DVD/CD-библиотеки специально ра^аботаны в ответ на пслребность ГГ-рынка в гибком и вместительном хранилище данных. Совместимые с носителями различного формата, библиотеки идеально подходят для архивации любых данных — от текстовых документов до проектно-конструкторской документации, трафики высокого разрешения и цифровых аудио & видеофайлов.

CD/DVD-библиотеки представляют собой семейство терабайтных запоминающих устройств, способных выполнять широкий круг задач, от локальной архивации объемных данных, до организации сетевого ресурса. Диапазон применения CD/DVD-библиотек охватывает:

хранение и управление большими массивами документов;

хранение изображений большой емкости и видео;

системы резервирования;

сетевые накопители.

На рынке роботизированных библиотек можно найти широкий выбор архитектур и конструктивов (Элар НСМ 200-600, PLASMON серии D, JVC МС 8000U, Asaca АМ 250-1450), ориентированных как на корпоративные, так и на операторские приложения. Роботы высоко надежны. Их наработка на отказ лежит в диапазоне от 1000000 до 2500000 циклов. Наибольшую емкость хранения, на сегодня, достигают двухсторонние DVD RAM-диски емкостью 9,4 ГБ. При этом скорость передачи данных составляет 2,76 МБ на каждый привод, время доступа колеблется от 85 мс до 300 мс, в зависимости от типа привода и носителя, а среднее время замены диска около 3 секунд. Максимальное количество приводов на библиотеку достигает 24 и до 6 интерфейсов (SCSI-2 или FC) ввода/вывода в каждой библиотеке.

Большинство библиотек имеет модульную архитектуру, и легко конфигурируются своими дисководами под различные типы дисков CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM, DVD-RAM, и т.д. Максимальная емкость хранения роботизированных библиотек колеблется от 3 (НСМ 600) до 13,6 ТБ (АМ 1450) на каждую библиотеку. При этом библиотека АМ 1450 имеет модульную архитектуру, позволяющую за счет объединения библиотек через боковые стенки, создать на площади 3 кв. м хранилище из 8 модулей общей емкостью до 100 ТБ.

Программное обеспечение роботизированных библиотек разрабатывается не только непосредственными производителями оборудования, но и всеми основными производителями программного обеспечения, включая Allstor, К-Par, PoINT, OTG и Tracer. В случае замены роботизированной библиотеки на другую модель той же серии или наращивания емкости хранилища, совместимыми устройствами хранения, ПО может быть переустановлено на новую библиотеку и введено в строй в кратчайшие сроки.

Система управления иерархическойпамятью мультисервисных сетей

Основным критерием эффективности системы управления хранилищем данных является минимизация затрат на хранение информации. Минимизация затрат достигается за счет оптимизации размещения данных на основе статистики их использования и обеспечения их миграции между первичной и вторичной памятью. Экономический анализ показывает, что стоимость управления хранением данных в 4-5 раз превышает фактическую стоимость устройств хранения. Применение современных систем управления (например, серия продуктов компании OTG), использующих сетевые автоматизированные возможности, существенно снижают организационные затраты на управление хранением.

Отличительными возможностями современных систем управления иерархической памятью являются:

Доступность всех данных по сети повышает производительность работы пользователей и приложений.

Поддержка роботизированных библиотек, минимизирующих стоимость хранения.

Прямой доступ к данным, гарантирующий непрерывность бизнеса.

Автоматизированная система управления)фанением, исключающая необходимость прямого администрирования процесса хранения данных.

Поддержка множественных «виртуальных» томов файловой системы, обеспечивающая работу многих приложений.

Всестороннее администрирование, обеспечивающее защиту и управление доступом к данным.

Совместимость со всеми основными программами резервного копирования, гарантирующая защиту данных и поддерживающая все стандарты форматов файлов на любых near-line носителях.

Поддержка многопоточной архитектуры для обеспечения высокой производительности.

Встроенная процедура восстановления после сбоев с помощью журнальной файловой системы.

Журнальная файловая система автоматизированной системы управления хранением прослеживает состояние всех системных функций и транзакций. Она автоматически обновляется, как только данные записаны или восстановлены сетевыми приложениями. В случае системного сбоя, осуществляется возврат структуры директорий, содержания кэш-памяти и перезапуск библиотек с ее приводами к рабочему состоянию до отказа.

Функция верификации данных гарантирует, что данные записаны байт в байт. Эта процедура сравнения необходима для того, чтобы удостовериться, что данные, записанные на архивный носитель, абсолютно идентичны

источнику. Первичная проверка должна проводиться на уровне привода роботизированной библиотеки, а вторая проводится на уровне файловой системы в процессе записи, проверяя успешность записи данных. После тщательной проверки данные сохраняются, после чего выполняется синхронизация представления файловой системы и системной кэш-памя- ти.

Опционально желательно, чтобы система управления хранением данных позволяла бы по специальному запросу автоматизировать процесс дублирования near-line носителей для размножения. При этом заказчик должен просто указать источник, чтобы скопировать часть данных, хранящихся в информационном депозитарии.

Обеспечение безопасности в SAN

Сети хранения данных обеспечивают простоту и скорость выполнения процедур записи и чтения информации, используемой различными приложениями мультисервисной сета. Под безопасностью SAN понимают гарантии того, что:

Читаемая информация всегда будет идентична записываемой.

Записываемая сегодня информация будет доступна в будущем.

Ни один клиент или процесс любого сервера приложения мультисервисной сети не смогут получить доступ к информации без соответствующей авторизации.

Несмотря на отказ любого аппаратного или программного ресурса сети хранения данных, информация сохранит свою доступность для авторизованных взаимодействий.

Нарушение гарантий составляют основные угрозы информационной безопасности в сети хранения данных. В результате несанкционированных действий злоумышленников, контент может оказаться: недоступен, модифицирован или подменен. Наконец, он может, несмотря на требования контентовладельца по ограничению доступа, оказаться:

обнародован в средствах массовой информации;

украден для анализа или перепродажи конкурентам;

растиражирован пиратами для нелицензированных проката и дистрибуции.

Политика информационной безопасности мультисервисной сети распространяется и на сети ранения данных. Они также сегментируются на подсети, объединяющие однородные группы серверов приложений и массивов хранения данных, и структурируются, в соответствии с требованиями по уровню защищенности и сценариям авторизации доступа к информации.

Внутри каждого сегмента SAN политика информационной безопасности предусматривает разграничение доступа серверов .приложений к той или иной области памяти массивов хранения данных. Каждый сервер приложения получает свою виртуальную область дисковой памяти, доступную только ему и администратору сети хранения данных, компьютер которого эксклюзивно владеет полной информацией о разметке и формате дискового пространства массивов накопителей данных и не виден ни одним из приложений мультисервисной сети. Эта мера позволяет предотвратить несанкционированный доступ программного сервера приложения к информации другого приложения, имеющего доступ к общей файловой системе. Выработать ряд рекомендаций по выработке политики информационной безопасности в сети хранения данных (SAN) можно на основе анализа возможных путей злоумышленника для получения контроля над сетью хранения данных и для осуществления несанкционированного доступа к информационным ресурсам мультисервисной сети.

Физическая безопасность оборудования SAN обеспечивается за счет создания производственных зон с системой контроля доступа персонала. Такое решение позволяет разграничить доступ в сеть хранения данных и струк* турировать среду информационных приложений по функциональному признаку. Хранилище данных, система управления SAN и сервера приложений целесообразно разнести по различным зонам физического доступа персонала мультисервисной сети.

Рис. 12. Компоненты инфраструктуры и варианты управления SAN

Внутри каждого сегмента SAN политика информационной безопасности предусматривает разграничение доступа серверов приложений к той или иной области памяти массивов хранения данных. Каждый сервер приложения получает свою виртуальную область дисюзвой памяти, доступную только ему и администратору сети хранения данных, компьютер которого эксклюзивно владеет полной информацией о разметке и формате дискового пространства массивов накопителей данных и не виден ни одним из приложений мультисервисной сети. Эта мера позволяет предотвратить несанкционированный доступ программного сервера приложения к информации другого приложения, имеющего доступ к обшей файловой системе. Выработать ряд рекомендаций по выработке политики информационной безопасности в сети хранения данных (SAN) можно на основе анализа возможных путей злоумышленника для получения кошроля над сетью хранения данных и для осуществления несанкционированного доступа к информационным ресурсам мультисервисной сети.

Физическая безопасность оборудования SAN обеспечивается за счет создания производственных зон с системой контроля доступа персонала. Такое решение позволяет раз!раннинть доступ в сеть хранения данных и структурировать среду информа[дюнных приложений по функциональному признаку. Хранилище данных, система управления SAN и сервера приложений целесообразно разнести по различным зонам физического доступа персонала мультисервисной сети.

Рис. ,2. Компоненты инфраструктуры “ варианты управления SAN

Контроль физического доступа к панели управления коммутаторами целесообразно сконцентрировать в мультисервисной сети в единственной и охраняемой по высшей категории защиты зоне. Эта зона аккумулирует всю систему управления SAN. В случае пространственной протяженности сети хранения данных и невозможности сконцентрировать все коммутаторы в одной зоне, возможно два решения:

разрешить один из вариантов удаленного управления коммутаторами SAN из административной зоны;

структурировать сеть таким образом, чтобы управляемость сети достигалась бы за счет делегирования части административных полномочий в удаленные зоны, локализующие узлы агрегирования коммутаторов SAN.

Пародирование доступа к системе управления SAN существенно понижает вероятность удаленного несанкционированного доступа через мультисервис- ную сеть или сеть хранения данных. Целесообразность таких мер безопасности в мультисервисной сети не вызывает сомнений. Разделение системы идентификации и аутентификации мультисервисной сети на две подсистемы: коммерческую (клиентскую) и корпоративную (решающую эксплуатационные задачи оператора), а также создание отдельной системы аутентификации и авторизации для сети хранения данных, дополнительно повышает степень информационной безопасности в мультисервисной сети.

Использование Ethernet 10/100 BaseT, в силу слабой защищенности IP-среды, требует от офицера информационной безопасности обеспечения тщательного контроля паролей всех устройств SAN, включенных в локальную сеть, содержащую систему управления сетью хранения данных. Локализация сервера системы управления и коммутаторов сети хранения данных в выделенной локальной сети, разворачиваемой в пределах специально охраняемых помещений хранилища и исключение возможности включения в такую локальную сеть серверов приложений, обеспечивает достаточный уровень безопасности и позволяет использовать развитые возможности IP- интерфейсов для автоматизации процесса управления.

Использование SNMP для доступа к системе управления SAN теоретически возможно и опционально применяется в сетях хранения данных масштаба подразделения или предприятия для мониторинга состояния узлов SAN. Однако, применительно к хранилищам данных мультисервисной сети и информационным депозитариям использование SNMP вне локальной сети системы управления, разворачиваемой в самом хранилище, не рекомендуется, так как это повышает потенциальную угрозу реконфигурирования узлов SAN и нарушения политики информационной безопасности.

Использование SCSI Enclose Service (SES) для доступа к системе управления SAN в рамках полосы пропускания, которую гарантируют каналы сети хранения данных, повышает вероятность несанкционированного доступа к узлам SAN со стороны серверов приложений, использующих SCSI для

штатного доступа к контенту и используемой ими информации. Поэтому встраивание управляющих воздействий в каналы сети хранения данных для информационных хранилищ мультисервисной сети не рекомендуется.

Использование Web-браузера для доступа к системе управления SAN подразумевает использование IP. Широкое распространение Web-интерфейса стимулирует использование его для доступа к различным системам управления сетевыми устройствами. Применение этого интерфейса для управления сетью хранения данных, за пределами выделенной локальной сети системы управления SAN, существенно повышает угрозы информационной безопасности и несанкционированного доступа. Поэтому при выработке политики информационной безопасности мультисер вис н ой сети целесооб- разно отказаться от любых вариантов удаленного доступа к системе управления сетью хранения данных.

Использование зонирования и структурирование инфраструктуры SAN позволяет избежать конфликтов, возникающих при работе разнородных операционных систем серверов приложений, включенных в сеть хранения данных. Физическое зонирование и логическое разбиение носителей данных разграничивает доступ к информации по функциональному признаку, позволяет настроить маршрутизацию информационных потоков от конкретных логических устройств через строго оговоренные порты коммутации к жестко ограниченной группе серверов приложений.

SSP предусматривает предоставление ресурсов хранения большому числу клиентов с различными требованиями по совместимости форматов данных абонентских операционных систем и степени защиты от несанкционированного доступа. Услуги данного вида предусматривают модульную систему обеспечения информационной безопасности информации клиента, гибко настраиваемую им в соответствии с его представлениями о необходимом сценарии взаимодействия с абонентским контентом. Многообразие алгоритмов взаимодействий и обилие абонентов, конкурирующих за ресурсы хранилища, требуют специализированного приложения, встроенного в портал абонентского доступа и обеспечивающего самообслуживание клиентов в информационных депозитариях. Информационные депозитарии, обслуживающие абонентов мультисервисной сети, целесообразно выделить в специализированные физические зоны и разбить на логические тома соответствующего формата и уровня защиты данных.

Использование последовательного интерфейса для доступа к системе управления SAN может обеспечить наивысшую степень защищенности, так как доступ возможен лишь на небольших расстояниях в пределах физической зоны размещения оборудования SAN с контролем доступа обслуживающего персонала. Возможность размещения центра управления в одном специально охраняемом помещении позволяет облегчить расследование службой безопасности несанкционированных действий злоумышленников. При этом круг подозреваемых ограничен обслуживающим персоналом, так

как устанавливается четкое соответствие между персоналом, присутствующим в помещении центра управления, и действиями, представляющими угрозу информационной безопасности.

Ведение журналов всех управляющих воздействий на SAN является неотъемлемой частью системы информационной безопасности сети хранения данных и всего комплекса ресурсов мультисервисной сети. Анализ журналов всех событий, происходящих в сети — это основной инструмент расследования проведенных атак и их пресечения в процессе реализации. Процессы протоколирования должны быть выведены из под угрозы контроля, как со стороны клиентов, так и со стороны администраторов соответствующих ресурсов. В случае, когда журналы событий должны размещаться в пределах файловой системы соответствующего приложения, необходимо обеспечить его зеркалирование на независимом ресурсе, недоступном данному приложению. Зеркальная копия позволит выявить любые попытки модифицировать протоколы событий в целях сокрытия несанкционированных действий в рамках соответствующего приложения.

УСЛУГИ СТРУКТУРИРОВАНИЯ, ФИЛЬТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Факты, их мультимедиа иллюстрация, числовая информация представляют собой структурированные данные, логическое и физическое представление которых определяется форматом, указанным в соответстйующей модели данных, отображением на физическую память и форматом содержащих их файлов. Информацию можно моделировать отношениями и хранить в физической базе данных в виде плоских файлов с записями постоянной или переменной длины.

Тексты и документы обычно написаны на естественном языке и их кодирование или запись в определенном формате очень трудны. Издательские, библиотечные, медицинские и юридические информационные системы хранят большие объемы текстовой информации. Тексты хранятся в виде непрерывных строк, отображаемых в блоки физической памяти.

Развитие цифровизации информации привело к появлению композиций из графических объектов. В какой-то степени, по своей организации они аналогичны: с одной стороны — текстовым документам, а с другой ——картежам СУБД. Так же как текстовые документы, у таких объектов не предсказуемые длины и форматы объектов композиции. В тот же момент, любой графический объект композиции также может быть представлен набором параметров, то есть индексов или ключей поиска.

Помимо этого появились аудио- и видеофайлы, организация работы с которыми также необходима. Они имеют свою специфику параметризации, редактирования и воспроизведения. Специфика администрирования мультимедиа баз и контент менеджмента в сети хранения данных накладывает свои требования на работу приложений. Она определяет сценарии взаимодействия абонентов с серверами приложений, обеспечивающими доступ пользователей к интересующему их контенту.

Медиатеки общего пользования

Медиатека общего пользования — это контентохранилище, аналогичное публичной библиотеке, основная задача которого —— хранение и обеспечение доступа к цифровому мультимедиа контенту. Доступ к контенту необходимо осуществлять с помощью поисковых систем, применяющих для навигации в контентохранйлище, сортировки и фильтрации мультимедиа объектов, информацию о специфике их использования.

Медиатека общего пользования объединяет: библиотечное хранилище, архивы фотодокументов, фонотеку, видеотеку, патентохранилище, виртуальные экспозиции лучших музеев мира и другие специализированные хранилища.

Специализация необходима, так как каждый тип мультимедиа объектов медиатеки имеет свою специфику параметризации. Структурирование их ведется по различным критериям, зависящим от времени создания объектов, их контентодержателей и авторов, страны изготовителя, и т.п.

5-1-1- Фонотека

Фонотека ——это хранилище разнородной аудиоинформации. Эта информация поступает в продажу и доставляется абоненту аудиопотоком для прослушивания на оконечном устройстве клиента. Оригиналы аудиоматериалов могут быть представлены контентодержателями в различных цифровых форматах (wav, mp3, aif, snd, au). Основными форматами хранения в фонотеке общего пользования являются форматы, поддерживаемые сервером потокового аудио. Именно эти форматы пользуются массовым спросом в мультисервисной сети. Прочие форматы аудиоматериалов могут поступать в депозитарий обеспечивающий процессы m-commerce и продажу контента на уровне обмена файлами.

Преобразование форматов исходных материалов в форматы потокового вещания фонотеки может потребовать от сервис-провайдера специализированных рабочих мест, занимающихся подготовкой контента для включения его в фонды фонотеки: С другой стороны, эти работы могут выполнять контентодержатели с помощью третьих фирм, специализирующихся на цифровом аудиомонтаже. Возможно гибкое сочетание обеих форм подготовки контента, так как наполнение хранилища аудиоматериалами, это довольно трудоемкий процесс, требующий оптимизации загрузки используемого оборудования и планирования необходимых работ.

Фонотека общего пользования объединяет:

авторские радиопередачи;

блоки новостей эфирных и сетевых радиостанций;

радиоспектакли;

записи концертов симфонической, эстрадной, рок и т.д. музыки;

диски популярных исполнителей;

отдельные синглы;

дискографии творчества различных коллективов и исполнителей;

видеоклипы, и т.п.

Каждый из видов аудиообъектов параметризируется и заносится в каталог со своими особенностями (например, автор, исполнитель, дата создания, владелец контента (радиостанция), название альбома, качество записи, стоимость прослушивания, и т.п.).

Фонотека может рассматриваться как отдельное приложение мультисервисной сети, взаимодействующее с абонентом через специализированный Web- сайт, страницы которого посвящены различным видам аудиоконтента. Страницы, объединяющие однотипные записи, позволяют структурировать тематический каталог аудиоматериалов и разместить поисковые машины, облегчающие абонентам поиск интересующих их материалов.

Помимо этого, специализированные страницы легко агрегируют аннотации аудиоматериалов, позволяют проводить анализ популярности, собирать статистику обращений и определять текущий рейтинг хранимых материалов. Вся эта дополнительная информация очень полезна при гибкой тарификации услуг прослушивания, например, самых популярных или редких записей.

Постоянный доступ в фонотеку общего пользования позволяет абоненту отказаться от хранения собственной фонотеки. Ему достаточно сформировать собственный профиль «виртуальную фонотеку», описываемую с помощью play-list's. Play-list — это список аудиоматериалов, который формируется клиентом и определяет последовательность воспроизведения записей. Такие программы индивидуального или группового ауциовещания накапливаются в профиле клиента по мере его общения с фонотекой. Эта информация аналогична алгоритмам пользования клиента своей фонотекой. Но, в отличие от реальной индивидуальной фонотеки, при такой схеме взаимодействия с контентом, оператору достаточно хранить лишь один экземпляр оригинала аудиоматериала для удовлетворения потребностей всех абонентов.

Для получения прав на коммерческое потоковое вещание соответствующих аудиоматериалов оператор должен приобрести у контентодержателя лицензию, оговаривающую объем абонентской базы, объем вещания (тиражирования) и срок действия данных прав. Помимо этого, фонотека, помимо хранения и продажи аудиоконтента, может взять на себя функции звукозаписывающей компании и заняться производством собственного контента или заказами на изготовление аудиоматериалов специально в интересах данного предприятия.

Наличие эксклюзивных материалов может повысить привлекательность услуг, предоставляемых фонотекой и облегчить процессы обмена аудиоконтентом между фонотеками различных операторов и звукозаписывающих компаний.

Для производителей ауциоконгента большой интерес может представлять библиотека высококачественных аудиосэмплов для производства профессиональных записей. Высококачественные ауциосэмплы 一 это профессиональная запись:

звучания отдельных звуков, извлекаемых реальными музыкальными инструментами, используемые для цифрового синтеза инструментов и объединяемые в банки звуков;

звуков живой природы, например, рев водопада, шум моря, завывание ветра, шелест листьев, и т.п.;

звуков на улицах городов, например, рев моторов, цоканье женских каблучков, хлопанье и скрип дверей, и т.п.;

аплодисментов и смеха в зале.

Все эти звуки — неоценимый кладезь для звукорежиссеров, аудиомонтажеров и других специалистов по обработке звука. Продажа такого аудиоматериала для корпоративных потребителей аналогична продаже профессиональных фотографий для дизайнеров и художников оформителей. И те, и другие используют высококачественное сырье для производства коммерческого контента.

.1.2. Видеотека

Так же как любое хранилище данных, видеотека общего пользования может удовлетворять потребности как корпоративных, так и частных потребителей. Любое производство видеопродукции сопровождается появлением массы рабочего материала, который обычно отправляется в архив или уничтожается по окончании производственного процесса. Все эти рабочие материалы могут представлять коммерческую ценность, так как трудоемкость подготовки материалов в десятки, и даже сотни раз превосходит длительность готового продукта.

Обычно, каждая видеостудия ведет свой архив рабочих материалов. Они являются базой для повышения производительности работы за счет использования рабочих материалов на вторичной основе. Такое сырье очень полезно при производстве и монтаже новостных или рекламных блоков. Наличие нескольких дублей игровых сцен может стать основой дая создания нелинейного видеоматериала. Принцип построения такого контента, аналогичен видеоиграм. Он реализует древовидное ветвление сюжета в зависимости от управляющих воздействий зрителя (соучастника действия и, возможно, главного героя произведения). Нелинейное видео позволяет зрителю получить развитай эмоциональный опыт. Один и тот же сюжет для различных психотипов людей может развиваться диаметрально противоположно от яростного обострения интриги, до мягкого нивелирования конфликта и обращения его в шутку. Достоинство этого направления индустрии массмедиа заключается в том, что потребитель приобретает практические навыки общения и поведения в незнакомой и сложной ситуации.，

В отличие от чтения книг, потребитель такой видеопродукции получает своего рода тренажер, помогающий ему развивать свой эмоциональный мир, лучше понимать людей различных культур и вероисповедания, быть более подготовленным к экстремальным ситуациям. В дальнейшем это направление, видимо, плавно трансформируется в приложения виртуальной реальности, где роль рабочих материалов может оказаться еще выше, так как структурирование 3D мезон-сцен ведет к появлению множества мелких трехмерных объектов и деталей, которые могут быть использованы независимо друг от друга.

Современная видеотека общего пользования в первую очередь обеспечивает хранение и доставку следующих видеоматериалов:

Отечественные и зарубежные игровые, художественные фильмы.

Документальные видеоматериалы.

Научно-популярные и обучающие программы.

Видеозаписи концертов, массовых торжеств или спектаклей.

Архивы эфирного вещания (новостные блоки, различные телепередачи, трансляции спортивных соревнований, и т.п.)*

Так же как и в фонотеку, видеоматериалы могут поступать от контенто- держателей на различных носителях и в различных форматах как аналоговых, так и цифровых. Адаптация видеоматериалов к форматам, поддерживаемым сервером потокового видео, нуждается в центре подготовки контента. Наличие такой службы в составе видеотеки целесообразно, так как один и тот же материал может предлагаться с различным качеством, определяемым пользователями видеотеки мультисервисной сети. Требования к подготовке контента, включаемого в видеотеку, тесно связаны с маркетинговой политикой сервис-провайдера, с разработкой тарифной политики и развитием абонентской инфраструктуры мультисервисной сети. Поэтому поступающий в видеотеку материал, подготовленный без учета этих требований, может иметь меньшую потребительскую ценность и, в конечном итоге, не обеспечить возможного объема продаж.

Каждый вид видеоматериалов имеет свои особенности поиска, которые желательно учитывать при реализации поисковых механизмов, так как любой из используемых параметров может оказаться ключевым для кратчайшего достижения результата. Группирование однотипных материалов позволяет упростить контекстуальный поиск. При этом абонент видеотеки, заходя на специализированную Web-страницу сайта видеотеки, сможет воспользоваться pop-up меню для выбора и уточнения любого из параметров поиска, либо задать его самостоятельно, а не формировать сложные запросы в видеобазу.

Использование в видеотеке тематических Web-страниц облегчает рекламу доступных материалов, упрощает сбор необходимой статистики и формирование рейтингов.

Все услуги видеостриминга, предоставляемые ввдеотекой, сводятся к различным режимам вещания в мультисервисной сети:

Broadcasting — режим, аналогичный эфирному вещанию на всех абонентов сети.

Web casting — режим вещания с видеосервера на Web-страницу, права доступа к которой регулирует оператор. В отличие от режима broadcasting, этот режим обычно используется для приложений Ин- тернет-вещания и не ограничивается границами Интранет. Это накладывает дополнительные требования на скорость видеопотока.

Multicasting — наиболее распространен в корпоративных приложениях, так как тяжело поддается тарификации и обеспечению гарантий защиты от несанкционированного доступа. Multicast группы прописываются в узлах коммутации мультисервисной сети, что снижает гибкость решения и его защищенность.

Simulated multicasting — режим, при котором процесс формирования multicast группы берет на себя ввдеосервер. Сетевая карта такого видеосервера работает как маршрутизатор, снабжающий пакеты потока необходимой информацией о пунктах назначения в мультисервисной сети. Это позволяет динамически формировать группу потребителей, дополняя ее по мере поступления заявок на подключение к видеопотоку. Замкнутость процессов формирования multicast группы в пределах видеосервера облегчает задачу биллинга таких услуг и позволяет строить коммерческие приложения.

Unicasting — режим индивидуального обслуживания, который легко поддается тарификации, но может перегрузить узлы мультисервисной сети или видеосервер. Поэтому требует тщательной проработки приложения, использующего этот режим вещания.

Важно отметить, что алгоритм Web casting может быть обобщен на любой вид стримования. При этом можно организовать платный доступ к видеопотокам через Web-сервер, который в этом случае должен проводить авторизацию доступа и сбор информации для биллинга услуг этого приложения.

Любая видеоуслуга, использующая перечисленные режимы вещания, имеет свой прототип: эфирное ТВ, интерактивное ТВ, видеопрокат, и т.п. Однако только построение видеосети и создание видеотеки как центра агрегирования приложений видеоуслуг позволяет совместить их в единой среде в рамках одной мультисервисной сети. Это дает широкое поле для маркетинговых исследований потребительского спроса, разработки новых видов услуг и их тарификации.

Дистанционное обучение

Развитие телевидения привело к идее проведения телеуроков. Видеоряд позволяет ярко иллюстрировать изучаемый материал. Однако, принципы телевещания не позволяют учитывать индивидуальные особенности и скорость восприятия учащихся. Телевещание не имеет обратной связи. Преподаватель в классе не может заниматься с каждым учеником индивидуально и вынужден выбирать среднестатистический темп изложения материала. Телеурок также должен соответствовать требованиям восприятия среднестатистического ученика. Однако, усреднение при этом ведется не в пределах одного класса, а по всей зрительской аудитории.

Основное достоинство телеуроков заключается в том, что материал, подготовленный лучшими специалистами, оказывается доступен широкой аудитории, а не только узкому кругу избранных. Массовость высококачественного образования очень важна для столь большого государства как Россия. Огромные территории затрудняют своевременное выявление талантливых молодых людей, способных войти в элиту, составляющую основу интеллектуального национального потенциала. Однако телевизионное время стоит дорого, а образование в России пока, в основном, бесплатное. Это является препятствием для повсеместного внедрения видеопреподавания. Помимо этого, очень важно, оказывается, учитывать различие скорости восприятия каждого из учащихся, возможность повторить материал по мере необходимости. Такими возможностями обладают лишь мультисервисные сети, способные обеспечить индивидуальное интерактивное взаимодействие с гиперсвязанными мультимедиа объектами.

Интерактивность подачи материала очень важна, так как дает возможность обучающемуся согласовать темп подачи учебного материала со скоростью своего восприятия. Весь учебный курс разбивается на серию шагов, на каждом из которых учащийся может выбрать свое направление движения, отличающееся подробностью изложения, или вернуться на шаг назад для повторения не до конца усвоенного материала. При этом каждый шаг обучения содержит короткие видеофрагменты, поясняющие тексты и речевые комментарии. Возможность сочетать в процессе обучения воздействия на разные органы чувств обучающегося повышает скорость усвоения материала, так как выстраивает более развитые ассоциативные цепочки в его мозгу. Исследования показывают, что скорость усвоения учащимися материала, при интерактивном мультимедийном дистанционном обучении, возрастает в несколько раз. Это особенно актуально, если учесть, что объем человеческих знаний непрерывно растет, а темпы технического прогресса таковы, что специалисты нуждаются в непрерывной переподготовке и повышении своей квалификации.

Современные методы преподавания освобождают учителя от рутинной работы по воспроизведению на уроках учебного материала, содержащегося в учебниках. Такой подход был актуален при недостаточном количестве учеб*

ников и необходимости вести конспекты лекций. Современные системы хранения и доступа к информации позволяют предоставить процесс ознакомления с материалом самим учащимся. При этом они самостоятельно изучают основы изучаемых вопросов в удобном для них темпе. Преподавателю же на уроке отводится роль маэстро, проводящего лишь детализацию освоенного материала и проверяющего свободу владения изучаемым вопросом.

Такой подход к организации учебного процесса требует от контентохранилища способности гибко управлять контентом. Сервера приложения, обеспечивающего дистанционного обучение, должны предоставлять эффективную навигацию в учебных курсах и материалах. Помимо этого им необходимо хранить индивидуальный профиль каждого общающегося, отражающий текущую степень его готовности.

Помимо интерактивного взаимодействия с мультимедиа-контентом учебного курса, каждый учащийся может нуждаться в индивидуальных консультациях и собеседованиях с преподавателем. Такие формы взаимодействия аналогичны услугам видеотелефонии и видеоконференц-связи, позволяющим не только вести двухсторонний диалог, но и обмениваться рабочими материалами. Система дистанционного обучения должна отслеживать необходимость и правомочность таких взаимодействий, передавая управление приложению, отвечающему за полнодуплексный видеодиалог и организации контакта с преподавателем.

Роль виртуального информационного пространства для развития системы образования трудно переоценить. Оно позволяет тиражировать разнообразные учебные курсы и делать их доступными для массовой аудитории. Это, с одной стороны, создает новые рабочие места для преподавателей, владеющих индивидуальными методиками преподавания, предоставляя им возможность обучить заочно огромное количество учащихся. С другой стороны, такое решение расширяет выбор учащимся методов преподавания, повышает скорость и эффективность восприятия им материала. Виртуальное информационное пространство, практически, стирает все территориальные барьеры на пути обучения и дает возможность свободного выбора преподавателя в любой точке земного шара.

Разработка интерактивных курсов обучение скорее не техническая проблема, а психологическая. Она требует, для достижения максимального результата, изучения психологии восприятия и разработки специальных методов подачи мультимедиа материала. Один и тот же курс обучения может оказаться совершенно не похожим при разработке соответствующего интерактивного мультимедиа курса, учитывающего национальную специфику и культурное наследие учащихся различных стран и народов.

Услуги информационно-справочных систем

Основные задачи, решаемые в информационно-справочных системах, — это поиск и обработка фактов. Наибольший объем таких услуг строится на основе специализированных баз данных. Например, паспортная база со сведениями о месте проживания, база автотранспорта, база юридических лиц по видам деятельности и объемам годового оборота, и т.п. Помимо этого, информационный рынок телекоммуникаций активно осваивает и новые для себя области, предоставляя возможность дистанционного взаимодействия с различными специалистами: медиками, юристами, финансистами, социологами, маркетологами, педагогами, психологами, техническими экспертами, и т.п.

Справочные системы контакт-центров

Автоматизированные информационно-справочные системы — неотъемлемая часть современной деятельности человека. Они оперативно предоставляют абоненту необходимую информацию и находят ответы на широкий спектр вопросов:

Текущая поддержка и обслуживание абонентов мультисервисной сети.

Обслуживание абонентов различных приложений в контакт-центрах соответствующих сервис-провайдеров.

Справки по городу. Например, адрес и телефон физического или юридического лица, справочные спецслужб: МЧС (911), скорая помощь, милиция, и т.п., информация о компаниях, в том числе, и о рекламациях на них, и т.д.

Работа таких справочных служб имеет одинаковую специфику. Все они должны иметь систему распределения вызовов. Эта система определяет свободного в данный момент оператора справочной службы и устанавливает соединение абонента с ним. Оператор, получив запрос от абонента на получение той или иной информации, формирует на языке СУБД запрос в базу данных и получает необходимый ответ. Помимо этого, оператор может взять на себя функции координатора действий служб технической или иной поддержки при возникновении нештатных ситуаций или спецслужб при чрезвычайной ситуации. Это зависит от специализации информационно-справочной службы.

Можно утверждать, что потребность в таких службах будет всегда. Их роль будет возрастать по мере развития технического прогресса. Так как всегда будут вопросы, трудно формулируемые неспециалистами и неоднозначно формализуемые или требующие интеллектуальной фильтрации запросов, исходя из соображений, например, секретности персональной информации и охраны частной жизни граждан.

В тот же момент, по мере развития телекоммуникационной инфраструктуры и возрастания роли интерактивных приложений будет наблюдаться постоянная миграция областей применения таких служб в сторону автоматизированных систем информационно-справочного самообслуживания абонентов. Уже сегодня, помимо справочной службы телефонной компании, вы легко можете найти интересующий вас телефон с помощью информационно-поисковой системы, размещенной на соответствующем Интернет-сайте и доступной для абонента через Web-браузер.

Большую роль в автоматизации таких служб играет статистика запросов и анализ их содержания. Они помогают выработать среднестатистические сценарии взаимодействия абонента со службой и превратить их в программную реализацию мастера формирования запросов. Мастер формирования запросов разбивает обработку запроса на шаги, помогающие:

правильно воспринять поступающую от абонента информацию;

помочь абоненту с помощью выпадающих меню сформулировать запрос в понятной для автоматизированной системы форме;

настроить информационные фильтры в соответствии с индивидуальным профилем абонента, который на основе статистики обращений формирует интерпретатор психологии восприятия конкретного человека, и т.д.

Безусловно, наибольшую эффективность обслуживания можно достичь, ориентируясь на постоянных пользователей, имеющих свой индивидуальный профиль, который повышает адекватность реакции системы на запросы абонента за счет учета индивидуальных особенностей потребителя и его восприятия.

Пользователями приложения — информационно-справичной системы — могут быть не только постоянные подписчики, но и «случайные прохожие», то есть пользователи, обратившиеся первый и последами раз. Собрать какую-либо информацию о таких людях, на первый взгляд, кажется невозможным. Однако, анализ журнала посещений такого потребителя, который содержит его Web- браузер, позволяет отнести его к той или иной типовой группе. Группирование можно производить по интересам или по предполагаемому психитипу, руководствуясь аннотациями сайтов, которые посетил пользователь перед тем, как обратился к услугам информационно-справочной системы.

On-line консалтинг

Многие вопросы нашей жизни не поддаются столь глубокой формализации, что могут быть сведены к коротким транзакциям с высокой степенью самообслуживания. Поиск ответов на возникающие вопросы может потребовать участия специалистов и экспертов в предметной области. Возможность online общения в виртуальном пространстве открывает огромные возможности для проведения соответствующими специалистами различного рода консультаций без необходимости выезда непосредственно к клиенту на место.

Такой подход широко стал использоваться в телемедицине. Применение аппаратуры видеоконференц-связи позволяет добиться эффекта присутствия ведущих специалистов мира в любой точке земного шара. Они могут руководить, практически одновременно, проведением сложнейших операций в разнесенных на тысячи километров операционных, преодолевая огромные расстояния и различие в часовых поясах. Проведение таких дистанционных операций требует специального высококачественного оборудования профессионального класса. Для проведения таких видеоконференций необходимо использование:

нескольких видеокамер;

возможности участия нескольких точек в режиме «точка—много точек» (для организации консилиумов);

возможности дистанционного управления видеокамерами.

Помимо хирургов врачи терапевты также могут приобрести новое качество в своей работе. Телекоммуникации позволяют изменить пространственно- временные ограничения их деятельности. Например, ряд клиник США автоматизировали процесс первичного приема больных. Они должны, после приветствия лечащего врача, записанного в видеофайл, заполнить стандартную форму — учетную карточку больного — и ответить на вопросы о недомогании. Экспертная система на основе полученной информации ставит предварительный диагноз и выдает рекомендации по режиму и методам лечения, которые утверждаются лечащим врачом. В случае необходимости личной встречи, больной получает назначение: на физическое посещение врача. Если достаточно собеседования, то на сеанс видеоконференц-связи с ним в определенное для приема время.

Больной легко может воспользоваться специальными сантехническими устройствами, включенными в телекоммуникационную инфраструктуру, способными автоматически сделать анализ и передать полученные результаты лечащему врачу. Возможно применение и более простых устройств, используемых для дистанционного анализа. Например, пациент может подключить себя к датчикам, измеряющим пульс, кровяное давление и т.п. При этом, врач сможет иметь ежедневную картину развития болезни и хода лечения, что позволит ему своевременно реагировать на малейшие отклонения от ожидаемых результатов. Каждый семейный врач, используя такие возможности on-line консалтинга и дистанционной диагностики, может существенно расширить обслуживаемую им территорию без ущерба для больных, так как сможет сократить свои разъезды и сэкономить массу времени на поездки и ожидания в транспортных пробках. Помимо этого, являясь абонентом такой телекоммуникационной инфраструктуры, врач имеет постоянную связь со своей базой данных, хранящей все истории болезней, все показания и противопоказания, что также повышает качество медицинского об- служивания за счет своевременности получения необходимой для принятия решения информации.

Юридическое обслуживание сродни медицинскому сервису. Зачастую связь с юристом необходима в кратчайшие сроки или в момент времени, когда он находится в территориально удаленном месте и не может прибыть к клиенту за приемлемое время. Для полноценного обмена со своим юристом клиенту достаточно иметь обычную Web-камеру, а также сканер и принтер, то есть устройства, которые обеспечивают необходимый обмен документами.

Службы технической поддержки начинают активно использовать телекоммуникационные инфраструктуры. Планирование регламентных работ минимизирует простой оборудования и предотвращает нанесение ущерба из- за несвоевременного выхода из строя эксплуатируемых устройств. Дистанционная диагностика и модернизация программного обеспечения уже давно практикуется различными разработчиками телекоммуникационного оборудования и вычислительной техники.

Внедрение мобильной цифровой связи позволило компаниям, производящим автомобили, устанавливать на свои изделия датчики, собирающие диагностирующую информацию. Эта информация обрабатывается бортовым компьютером и пересылается по линиям мобильной связи в сервис-центр. Дистанционный мониторинг своих изделий позволяет этим компаниям обеспечить наивысший уровень обслуживания и охрану прав потребителей. Это достигается за счет своевременного обслуживания наблюдаемых автомобилей в удобное для клиента время и предотвращения внезапных поломок за счет прогнозирования остатка моторесурса каждой из деталей автомобиля.

Ведение такой истории《болезни» автомобиля позволяет сервис-центру, практически мгновенно, выработать рекомендации для соответствующей бригады или непосредственно водителя по первичному ремонту в случае аварии или каких-либо повреждений в процессе поездки клиента.

On-line консалтинг тесно связан и системами дистанционного обучения. Даже заочное образование немыслимо без живого общения с преподавателем. Однако большие расстояния затрудняют такой диалог. К тому же он довольно дорог и может быть целесообразен для группы обучаемых или для уточнения, самостоятельно полученных знаний. В зависимости от организации учебного процесса такие системы могут использовать услуги FTP- сервера, интерактивных приложений на Web- и Java-серверах, видеотелефонии или видеоконференц-связи. Можно смело утверждать, что по мере компьютеризации человеческой жизни такие формы обучения будут занимать все большее место, так как они:

повышают скорость усвоения материала в несколько раз. Результат достигается за счет выбора учащимся своего собственного темпа освоения материала. А также, благодаря одновременным воздействиям интерактивной системы дистанционного обучения на несколько органов чувств обучаемого. В сочетании с активным участием ученика в процессе обучения, такие приемы повышают скорость формирования ассоциативных связей в памяти обучаемого;

повышают производительность труда преподавателей, увеличивая число обучаемых одним специалистом;

экономят учебные площади и время учащихся, затрачиваемое на приезд в аудиторию или класс;

позволяют преподавателям формировать индивидуальные авторские курсы обучения, основанные на собственных методиках и доступные только в виртуальном пространстве;

дополнять курсы обучения практическими работами в виртуальном пространстве, что предотвращает несчастные случаи при работе со взрывоопасными реактивами, при освоении навыков: пилотирования различных транспортных средств, устранения экологических катастроф или аварий различной степени тяжести. Работы» в виртуальном пространстве могут существенно повысить качество образования и при отсутствии возможности предоставить учащимся реальный доступ к дорогостоящему оборудованию, работа которого может быть эффективно смоделирована в виртуальном пространстве на соответствующих тренажерах.

Услуги дистанционного обучения могут быть отнесены к on-line кол сан- тингу лишь частично. Так как часть этих услуг может потребовать дополнительной подготовительной работы со стороны консультанта. Обслуживание в отложенном режиме реакции на запрос приводит к услугам off-line консалтинга.

Off-line консалтинг

Услуги off-line консалтинга довольно развиты в Интернете. Вы можете заказать научные, социологические или маркетинговые исследования, направленные на решение вашей задачи или воспользоваться готовыми обзорами по интересующему вас вопросу. Можно подписаться на информационное сопровождение консалтинговой фирмой, готовящей периодические публикации по интересующей вас предметной области.

Однако развитие таких услуг сдерживается слабым развитием финансовых схем в Интернет и отсутствием платежных систем в виртуальном пространстве, гарантирующих платежи, превышающие несколько тысяч долларов за транзакцию. Несмотря на постоянные исследования по обеспечению информационной безопасности абонентов Интернет, отсутствие единой политики информационной безопасности на всех участках сети, обеспечивающей доставку Интернет-графика, оставляет бреши в системах защиты от мошенничества операторов информационных услуг. Компьютерные преступления, связанные с несанкционированным доступом, остаются главной угрозой для виртуальных расчетов без ограничений на величину транзакции. Банки ежегодно несут ощутимые потери от таких форм платежей.

Мультисервисная сеть общего пользования имеет существенную отличительную особенность от любых Интернет-взаимодействий. Основная абонент-

ская инфраструктура такой сети использует фиксированные и выделенные каналы, что упрощает решение задач идентификации, аутентификации и авторизации. Все эти процессы замкнуты в инфраструктуре одного оператора, что гарантирует единую политику информационной безопасности. Банки, уполномоченные для виртуальных расчетов, также являются абонентами этой телекоммуникационной структуры. Все эти особенности позволяют ожидать расширение рынка услуг off-line консалтинга в мультисервисных сетях и создания дополнительных рабочих мест на предприятиях, занимающихся сбором и переработкой информации в коммерческих целях.

Развитие информационных услуг — очень перспективное направление развития бизнеса. Производство ннфсфмации не требует материального сырья и складов для его хранения. Себестоимость этого процесса может быть крайне мала. Поэтому актуальная информация может гарантировать очень высокую норму прибыли. Информация в цифровом виде легко тиражируема до любых объемов, диктуемых спросом. Единственной сложностью информационного бизнеса является прогнозирование спроса на ту или иную информацию, обеспечение актуальности и своевременности ее доставки потребителю.

Off-line консалтинг тесно связан с услугами информационных депозитариев. Они призваны обеспечить, с одной стороны, сохранность дорогостоящей информации, а с другой стороны, ее доступность для всех заинтересованных лиц. Последний момент крайне важен, так как информация может очень быстро стареть, например, маркетинговые исследования для краткосрочного прогнозирования спроса. Поэтому навигация клиентов в информационном пространстве играет ключевую роль в обеспечении объемов продаж коммерческой информации.

Дробление на множество сайтов различных фирм, занимающихся консалтингом и дифференциальная навигация по соответствующим контентохра- нилищам этих фирм, крайне затруднит сбыт информационной продукции. Поэтому, появление специализированного Портала оператора, обеспечивающего доступ к услугам offdine консалтинга, существенно сократит время поиска необходимой информации и доставку заказа на обслуживание соответствующему исполнителю.

Возможность аккумулировать продукцию множества компаний, занимающихся off-line консалтингом, в общей точке присутствия, аналогично предоставлению торговых площадей в супермаркете для обеспечения розничной торговли в месте с высокой пропускной способностью и посещаемостью.

Появление такого Псфтала открывает огромные возможности для привлечения множества рабочих рук для обработки и производства информации. Масса абонентов, способных производить информационные ресурсы, могут разово или периодически выставлять свою продукцию на продажу без необходимости учреждения специализированной фирмы. Компании, специализирующиеся на производстве информации, могут не иметь физических площадей, так как все их сотрудники легко могут работать, не выходя

из дома. Это очень актуально для интеграции в производственный процесс малообеспеченных граждан: домохозяек, инвалидов, пенсионеров, и т.п. Социальное значение создания такой инфраструктуры рабочих мест трудно переоценить для крупных городов Рс^еИи, являющихся центрами, аккумулирующими научный и культурна потенциал страны. Сегодня эти люди живут на иждивении своих близких или дотации государства. В то время как они могут стать полноценными налогоплательщиками, преумножающими валовой национальный доход, за счет работы в самой перспективной индустрии 21 века.

Web-портал off-line консалтинга в мультисервисной сети является приложением оператора. Эффективность его работы тесно связана с алгоритмами поиска необходимой потребителям информации, точностью формирования запросов и адекватностью ответов на них.

Поисковые системы

Обычно с интересующей нас темой связан один или несколько документов. В ИПС производится поиск набора таких документов или документов, имеющих косвенное отношение к интересующей теме. Критерий поиска основывается на отношении, которое называют сходством. По мере приближения к требуемой цели критерий постепенно уточняется. Обычно это производится в диалоговом режиме.

Сложность поиска необходимой информации заключается в том, что она зашумлена. Часто ответ на вопрос содержится в единственном абзаце толстой книги или Web-страницы крупного портала. При этом необходимый агрегат данных и искомую страницу приходится искать в ворохе подобных документов, слабо различимых для неспециалиста.

Поиск текстовых или графических документов по аннотации или по определенному признаку, содержащемуся в самом документе, например, упоминание события, названия фирмы или иного словосочетания, характерно для информационно-поисковых систем (ИПС).

В ИПС файлы могут быть представлены прямо или косвенно. При прямом представлении документ хранится в памяти в обычной форме. При косвенном представлении используются различные способы индексирования. По индексу можно получить адрес или идентификатор документа. Оба алгоритма могут использовать хранение, как полнотекстовых документов, так и их аннотаций или сжатых, усеченных форм. Сжатие может производиться за счет удаления незначащих (шумовых) слов.

В одном варианте поиск документов основывается на точном совпадении ключевых слов (образов). При этом используется поиск по строке текста или мезон'сцене кадра для прямого сопоставления сравниваемых образов.

В случае косвенного представления используются различные методы обработки индекса. Однако не всегда удается задать ключ, полностью совпадающий с образом, содержащимся в искомом документе. В этом случае поиск основывается на вычислении сходства между документом и запросом или документом и группой документов. Этот алгоритм также может использовать различные методы обработки индексов.

Для поиска в файле (тексте, чертеже, сложном графическом объекте, фонограмме или видеозаписи) используются различные схемы сравнения, реализуемые на компараторах и обрабатывающие потоки таких данных. Определение степени сходства может включать сложные вычисления, которые выполняются с учетом приемлемого порогового значения сходства. Простейшие запросы могут сводиться к совпадению по ключевым параметрам (словам, форме, цвету, частоте), более сложные запросы состоят из логической комбинации простых запросов или содержат указание контекста, возможно, с заданием относительного расстояния между ключевыми параметрами.

В косвенном представлении, при кластеризации (классификации) докумен- тов, используются ключевые параметры, например, слова и т.п. При этом используется некоторая автоматическая или полуавтоматическая схема ин- дексирования. Ключевые параметры и документы можно объединять в группы (кластеры). Группы ключевых слов используются для составления теза- риусов (словарей синонимов или ключевых слов), а группы документов эффективны для разбиения очень больших документальных баз с целью более эффективной обработки. Применительно к графическим образам формализация аналогична, но в качестве ключевых образов используются графические примитивы или их композиции. Сложный поиск аудио- и видеоматериалов очень зависим от форматов сжатия и представления. Для каждого из них могут быть выработаны свои ключевые образы.

5-3-1- Алгоритмы поиска

Для выполнения запросов в ИПС часто требуются следующие возможности поиска:

по совпадению терминов;

на основе логического выражения;

на основе сравнения с числовыми значениями и интервалами;

контекстный поиск;

по сходству и подобию.

Поиск по совпадению терминов. Согласно этому алгоритму проводится проверка на полное или частичное совпадение терминов (ключевых слов) для поиска идентификаторов документов, содержащих заданные ключи. При частичном совпадении несколько элементов ключа могут быть несущественны. Например, приставки, суффиксы или окончания искомых слов. В каж*

дом конкретном случае число несущественных символов может быть фиксированным или переменным. При этом положение их в теле ключа — произвольно. Исходя из этого, для выполнения запросов на поиск необходимо предусматривать во входной форме различие для проверки на точное или частичное совпадение, использующее различные вхождения несущественных символов.

Логические выражения. Этот алгоритм позволяет усложнить критерий поиска и за счет булевой алгебры установить логические взаимосвязи между ключевыми терминами. Для обработки таких запросов, обычно, применяются инвертированные файлы. Инвертированным файлом или инвертированным индексом называют совокупность атрибутов, извлекаемых из элементов хранения. Каждый элемент (картеж в терминах СУБД) индекса называют инвертированным списком. Теоретически можно полностью инвертировать хранимый объект, построив индекс для каждого из его атрибутов, то есть слов, составляющих документ с добавлением информации о контексте и окружении. Очевидно, что для больших документов такой подход не приемлем. Поэтому применяют частично инвертированные системы, построенные на ключевых словах, наиболее полно описывающих суть документа. Некоторые подходы,дополнительно используют контекст, то есть предложение, параграф, зону и т.п. Для повышения эффективности доступа строится иерархия индексов (индекс индекса и т.п.). Такие итерации повторяются до тех пор, пока размеры корневого индекса не достигнут приемлемой длины. Один из эффективных способов реализации индексных структур — это применение В-деревьев.

Сравнения со значениями и интервалами. Обычно эта функция присуща СУБД, которая проверяет условия, накладываемые на форматированные данные. Однако и в ИПС может осуществляться поиск документов, например, по:

дате создания или последней модификации, лежащей в определенном временном интервале;

принадлежности к автору или подразделению;

принадлежности к переписке с тем или иным контрагентом, и т.п.

Контекстный поиск. В этом алгоритме указываются содержание (абзац, предложение) и расстояние между поисковыми терминами, исчисляемое в словах и характеризующие степень связанности ключевых слов между собой. Например, два термина должны образовывать гибкое словосочетание, то есть встречаться в одном предложении. При этом один должен обязательно предшествовать другому и между ними не может быть более двух слов.

Поиск по сходству. Обычно этот алгоритм не носит итеративного характера. Он управляется системой, а не задается пользователем. В термине《сходство» заключается очень важная характеристика ИПС, отличающая их от СУБД. В ИПС производится выборка релевантных, то есть не точно, а ассоциативно связанных, документов. Сходство можно интерпретировать как расстоя-

ние между двумя объектами: чем больше они похожи, тем ближе. Можно сравнивать объекты с объектами, документы с документами или запросы с документами и объектами по каким-либо качественным критериям.

Объекты параметризируются множеством атрибутов (например, ключевых слов) в индексе, поэтому целесообразнее интерпретировать их как вектора в многомерном пространстве, В результате хранилище данных может быть разбито на тематические подмножества объектов, описываемых конечным множеством атрибутов.

Используя в качестве признака наличия или отсутствия того или иного атрибута битовый флаг, можно каждому документу определить соответствующий вектор (индекс). При этом тематическое подмножество описывается матрицей битовых значений. Запрос на поиск в таком подмножестве представляется в виде вектор-строки, показывающим наличие или отсутствие (то есть вес) ключевых слов или иных атрибутов. Используя такой подход, можно вычислить меру сходства между ключевыми словами в матрице. Это позволяет группировать атрибуты (термины) и строить словари синонимов (тезариусы).

В больших хранилищах данных вместо вычисления сходства между запросом и вектором документа вычисляется сходство между запросом и представителем кластера (средним вектором группы). Векторы, характеризующие кластеры — представители групп, называют центроидами. Существуют различные меры сходства или функции совпадения документа, характеризуемого вектором D., и запроса Q/

Коэффициент Дайса:

s(%0)=卜〃丿.

Коэффициент Жаккара:

Коэффициент косинуса:

S(4,0)= •产 •

Коэффициент перекрытия:

s（，，0）=—^~~г-ч-

Для индексации необходимо проанализировать объект и найти наилучший способ его представления. В прошлом индексирование велось вручную. Всем известен УДК ——индекс библиотечной классификации. При этом люди, выполнявшие эту работу, использовали свой опыт, знания и здравый смысл. Это накладывало субъективность классификации, что могло существенно затруднить поиск для людей с иными опытом и знаниями. Правильный подход к параметризации объектов заключается в автоматическом индексировании на основе неизменяемого словаря. При индексировании необходимо учитывать репрезентативные характеристики ключевых слов и схем присвоения весов, а также свойства естественных языков.

Репрезентативность терминов

Для представления документа необходимо определить набор терминов, которые однозначно определяют его или имеют для него большой вес. При отсутствии таких слов документы стали бы похожими друг на друга, и избирательность системы свелась бы к нулю. В соответствии с этим соображением, в целях повышения избирательности, целесообразно исключить часто встречающиеся термины. Частая повторяемость термина приводит к низкой избирательности. На другом конце шкалы частотной повторяемости терминов находятся специальные термины, обладающие высокой избирательностью, но очень редко встречающиеся. Эти термины нужны для увеличения точности. В то же время полное исключение терминов с низкой разрешающей способностью может ухудшить эффективность поиска всех релевантных документов. Поэтому такие термины объединяются во фразы для улучшения их репрезентативности. Значения индекса для соответствующих документов определяются на основе взвешивания. В результате получается вектор значений, который используется для вычисления степени сходстаа. Болыпое значение веса атрибута, делает содержащие его документы отличными от других.

Если термин часто встречается в документе, следовательно, он важен для данного до>длиента. Это свойство характеризуется частотностью термина или числом вхождения данного термина в рассматриваемый документ. Однако, термин, имеющий высокую частотность для ^льнюго числа документов, имеет плохую разрешающую способность, так как ассоциирован с большой группой.

Разрешающая способность термина характеризует сходство документов, представленных тем или иным термином с другими документами хранилища или их центроидами.

Для естественных языков справедливо утверждение, называемое законом Ципфа. Согласно этому закону человек стремится прилагать наименьшие усилия (особенно это характерно для английского языка). Эта тенденция выражается в стремлении повторять старые слова, а не придумывать новые. При этом в 70% словоупотреблений используется примерно 20% от общего словаря. Закон Ципфа гласит, что частотность X ранг = const. Ранг — это относительный порядок слов по частоте их использования.

£,оохко^.оют£,оохко^.оют

£,оохко^.оют

£,оохко^.оют

>

1^нг

Рис. 73・ Зависимость частотности и разрешающей способности от их ранга

В первой области (рис. 13) лежат часто используемые слова, имеющие низкую разрешающую способность. Во второй области находятся слова с высокой разрешающей способностью, играющие существенную роль при поиске документов. В третью область попадают несущественные, редко используемые слова, которые слабо влияют на эффективность поиска в информационном хранилище.

Как известно, выборка документов носит недетерминированный характер. Пользователи начинают работать, плохо представляя себе, что они хотят найти и как это лучше объяснить системе. Поэтому наиболее эффективный критерий релевантности поиска может бьпъ получен при итеративном поиске, когда пользователь все время задает новое направление поиска, указывая на существенные документы и отметая шумовые. Такой процесс называется запросом с обратной связью. Возможность сбора статистики релевантности обслуживания по каждому из клиентов И ПС-приложения позволяет аккумулировать клиентскую статистику в соответствующем профиле и частично формализовать этот процесс с учетом психотипа и языковых особенностей потребителя. Это позволит повысить эффективность обслуживания абонентов и сократить число итераций при поиске с обратной связью.

Полнотекстовый поиск

В условиях информационного взрыва и при интенсивном пополнении хранилища данных не остается времени для построения индексных структур. Информация поступает непрерывно с высокой скоростью, и обрабатывать ее необходимо в реальном масштабе времени. В этих условиях почти невозможно и нецелесообразно создавать индексные структуры для всего хранилища. Они могут быть сохранены для некоторых не очень динамично изменяющихся приложений с устоявшимися тезариусами. Дело в том, что естественные языки довольно быстро эволюционируют, пополняясь новыми терминами и понятиями, которые неизбежно должны перераспределять центроиды или ядра контентохранилища. Помимо этого субъективность восприятия информации пользователем требует максимальной информационной полноты от описания каждого объекта. Очевидно, что это условие достижимо лишь при полнотекстовом поиске, способном не упустить нюансы.

Полнотекстовый поиск, который необходимо проводить во входном потоке информации, требует очень высоких скоростей обработки информации. Единственный способ повышения производительности приложения ——это использование скрытых параллелизмов в алгоритмах обработки. Это позволяет разделить процессы решаемой задачи между множеством вычислителей параллельной архитектуры, реализованной аппаратными средствами.

Аппаратный подход к задаче прямого поиска в полном тексте предоставляет все его преимущества, устраняя недостатки и неопределенность, вносимую индексированием. При параллельной обработке можно выполнять быстрый контекстно-зависимый поиск, в том числе на частичное совпадение в различных вариантах. Это снимает все ограничения, связанные с априорным индексированием контентохранилища.

Универсальная логическая модель аппаратной обработки объектов содержит две основные подсистемы: устройство для сравнения терминов (атрибутов или параметров) и устройство формирования результата. Первое из них выполняет поиск в полном тексте, проводя параллельное сравнение с данными запроса. Второе объединяет результаты поиска в соответствии с контекстом запроса, формируя список ответов в порядке уменьшения степени соответствия. Устройство сравнения ищет вхождения ключей в объект и сообщает устройству формирования результата: что найдено и где именно. Результат является продуктом комбинации и определения взаимосвязей между полученными результатами в соответствии с указанным в запросе логическим выражением. Очевидно, что основная нагрузка ложится на компараторы параллельной архитектуры, выполняющие рутинную работу с огромной скоростью, многократно просматривающие тематические подмножества контентохранилищ.

Каждый из компараторов параллельной архитектуры выделяется для проверки «сходства» входного потока по одному из параметров запроса. При

этом поиск проводится параллельно для всех атрибутов за один проход дан- ных через «окно» буферной памяти. Устройство сравнения терминов должно обеспечивать обработку точной информации об ограничениях. Только в этом случае, возможен поиск на неполное соответствие, который допус- кает появление несущественных символов и наличие диапазона значений. При этом, возможно использовать цепочки несущественных символов переменной длины, не превышающей длины каждого из компараторов, зависящих от аппаратной реализации с фиксированными проектными параметрами. Буферная память имеет параллельную выходную шину, идущую сразу на все компараторы. При каждом успешном сравнении в устройство фор- мирования результата, соответствующим компаратором, посылается сигнал совпадения. Способность системы обрабатывать запросы, представляющие собой логические комбинации, зависящие от контекста, связана с конструкцией устройства формирования результата.

Требуемое быстродействие устройства формирования результата определи- ется ожидаемой частотой поступления сигналов об успешном поиске для предполагаемого приложения. Скорости в сети хранения данных не имеют сильного влияния на скорость формирования результата, так как на пути к данным стоит распознаватель терминов (устройство сравнения). Для выполнения запросов с логическими выражениями, зависящими от контекста, была предложена схема с разметкой деревьев, в которой листья соответствуют терминам запроса и получают сигналы совпадения от устройства сравнения. Промежуточные вершины определяют логические операции или контекстные ограничения. В этих вершинах имеются счетчики для запо- минания числа совпадений в соответствующих терминах. Каждый лист такого дерева имеет однобитовый флаг, являющийся признаком наличия хотя бы одного вхождения данного термина в обрабатываемый документ.

Строение дерева соответствует структуре запроса. Обычно значение счет- чика увеличивается только один раз для каждого термина, после чего в листе устанавливается флаг признака вхождения его в документ, а все последую- щие вхождения игнорируются. При достижении порога любой вершины значение счетчика ее непосредственного предшественника увеличивается на единицу. Как только достигается пороговое значение корня дерева, делается заключение, что условие запроса выполнено. После обнаружения признака конца обрабатываемого объекта, устройство формирования результата устанавливается в исходное положение для обработки следующего контекста во входном потоке. Для операций с учетом близости терминов в устройстве обработки запросов дополнительно должны быть предусмотрены счетчики слов (атрибутов).

Ассоциативная память

Основная идея ассоциативной памяти заключается в том, что размещение записи и ее выборка определяются не машинным адресом, а ее содержимым. Рассмотрим различия в работе обычной и ассоциативной памяти на примере хранения наборов слов по М бит каждое. В обычной памяти для считывания такого слова используется адрес из N бит. В ассоциативной памяти М-битовый аргумент поиска служит входом, а выход содержит по 1 биту на каждое хранящееся слово, который характеризует идентичность данного слова аргументу поиска. Обычно ассоциативная память сопровождается средствами маскирования аргумента поиска. Это необходимо для поиска на основе неполного совпадения.

Результаты поиска в ассоциативной памяти могут быть использованы для чтения данных из массива обычной памяти. Обычно, такое простое соединение требует слишком большого числа параллельных каналов 2N. Поэтому в ассоциативной памяти выход кодируется. В результате связь с обычной памятью ограничивается N каналами. После каждого сравнения в ассоциативной памяти может передаваться один набор из N битов, являющийся адресом искомого слова для считывания его из ячейки с этим адресом из обычной памяти. Регистр, содержащий выход из ассоциативной памяти, называется регистром результата. Регистр результата содержит, по крайней мере, по одному биту на каждую ячейку памяти, содержащей массив данных. В некоторых реализациях ассоциативной памяти результатом считается содержимое ячейки памяти, удовлетворяющее критерию поиска. В этом случае устройство должно выдавать содержимое всех ячеек, удовлетворяющих критерию, то есть иметь множественный выход.

Таким образом, ассоциативная память выполняет параллельно серию операций сравнения, по словам, и последовательно, по выбранной группе битов каждой ячейки памяти с вектором аргумента поиска. Наряду с операциями сравнения в ассоциативной памяти могут применяться и другие операции, присущие логическим вычислениям при анализе попадания значения в заданный интервал, а также булевы операции над словами.

Учитывая сложность и дороговизну реализации ассоциативной памяти можно применить метод постраничного разбиения. При этом данные хранятся в виде обычных страниц, но считываются в ассоциативную память для проведения операций поиска. Единственным требованием к такой реализации является гарантия скорости считывания, достаточной для эффективной работы ассоциативной памяти.

На обычной памяти ассоциативности можно добиться с помощью <ч^ани- зации подходящих структур данных, использующих алгоритмы перемешивания и колец (например, конечные автоматы и недетерминированные конечные автоматы). Такой подход приводит к тому, что близкие по содержимому сегменты хранятся в контентохранилище недалеко друг от друга. Этот прием повышает эффективность поиска и минимизирует время доступа при поиске связанных фрагментов информации.

Ассоциативные процессоры

Возможность параллельного поиска в ассоциативных запоминающих устройствах заложена в их внутренней структуре. Это свойство используется в ассоциативном процессоре файлов (Associative File Processor). Идея заключается в замене аппаратно реализованных параллельных компараторов ассоциативной памятью, ячейки которой можно загрузить поисковыми терминами и вести параллельное сравнение поступающих данных. Для увеличения производительности возможно объединение нескольких запросов и обработка их за один просмотр контентохранилища.

Ассоциативный процессор может вычислять значение некоторой функции расстановки для содержимого его поискового буфера и использовать значение для разбиения контентохранилища на подмножества. Такое разбиение позволяет уменьшить время поиска. Оно соответствует стратегиям кластеризации по принципу выделение центроидов, ядер и т.д.

5.4. Системы управления знаниямиобщего пользования

Обработка информации человеком сводится к формированию утверждений или заключений на основе анализа априорной информации. Однако для достижения требуемого эффекта зачастую требуются усилия гениев, которых посещают озарения в момент открытия. Далеко не все люди обладают необходимым багажом знаний и ассоциативных связей, достаточных для достижения требуемого результата. Круг экспертов в предметной области часто ограничивается единицами. Иногда их знания утрачиваются безвозвратно. Вот почему так актуальна проблема создания систем искусственного интеллекта, которые на основе доступной для процессинга информации способны получать логические выводы в автоматическом режиме.

Примеры таких систем уже упоминались в этой книге, это:

системы первичного приема больных и предварительного диагноза на основе симптоматики больного;

системы агротехнической экспертизы, раннего диагностирования заболеваний растений и предотвращения потерь урожая;

системы дистанционной диагностики неисправностей различных технических изделий;

системы прогнозирования биржевых котировок;

различные тренажеры и имитаторы реальных экстремальных ситуаций, и т.п.

Человеческие знания невозможно оценить в денежном эквиваленте. Интеллектуальный потенциал компании не может быть поставлен на баланс.

Однако, конкурентные преимущества и прибыль, которые можно получить при правильном использовании этих невидимых, но весьма ценных активов, весьма осязаемы.

Системы искусственного интеллекта

Как известно, человеческое восприятие субъективно. Оно связано с культурой, формировавшей его мировоззрение, с индивидуальными жизненным и эмоциональным опытом, формирующим ассоциативные связи. В отличие от математических выражений, человеческая речь неоднозначна. Она всегда допускает несколько вариантов интерпретации. Ярким примером сугестивности формулировок является юриспруденций, а неоднозначности классификации и структурирования —— патентоведение или библиотечная каталогизация.

В случае анализа субъективных данных решаются одновременно две задачи. С одной стороны, выявляется структура полученных человеком данных, с другой — факторы, влияющие на процесс принятия решения. Кроме того, различные факторы неравноценны для индивида и он учитывает их в разной степени, прибегают к взвешенной метрике, где каждому фактору приписывается определенный вес. Разные индивиды могут принимать во внимание разные факторы. Они зависят не только от индивидуальных особенностей, но и от особенностей, наложенных культурным пространством, в котором произошло становление данного индивида.

Так, в восточной, в частности, китайской, традиции реальность, зачастую, представляется совокупностью имен. И здесь большую роль играет описание ассоциативными списками или градуальными рядами. Градуальные ряды для различных языков различны. Они определяются совокупностью качественных определений, отражающих эволюцию описываемого качества от одной крайней градации до другой, например определение размеров предмета от малюсенький до огромный. Для северных народов крайне важно снежное покрытие, поэтому одно и то же понятие снег имеет у них несколько десятков названий, характеризующих качественные показатели этого снега.

Для России характерен процессуальный подход. При этом описание представлено в виде процесса, который чем-то начинается и заканчивается, а результат носит неопределенный характер. Примером может служить ситуация, когда человек приходит в книжный магазин, чтобы купить книгу, и описывает цель визита следующим образом: «Хочу почитать что-нибудь для 〃”пи».

Для культуры Запада характерен процедурный подход. Отношения четко регламентированы. Реальность представляется как цепь изменений, каждое из которых жестко фиксировано. Подразумевается, что есть ситуации, которые могут случиться, и те, которые случиться не могут. Это своеобразная совокупность отдельных зафиксированных состояний реальности.

Таким образом, для того, чтобы удовлетворить должным образом запросы людей, являющихся представителями разных культур, необходимы методы, которые идентифицируют те или иные типы описания, а при анализе конкретных информационных объектов (например, рисунков или текстов), принадлежащих какой-либо культуре, выявляют доминирующие типы предстанления и изменений в этой культуре. Заметим, что представленная выше классификация является довольно общей, и при работе с представителями определенных геокуль- турных образований выявится множество несводимых к общему знаменателю особенностей (таких, например, как сленг или интонация).

Например, некоторое время назад при попытке сделать систему, которая бы отвечала на вопросы о наличии билетов на самолет, выяснилось, что это невозможно. Так как необходимо отвечать на вопросы: есть ли билеты на те или иные рейсы, сколько они стоят, и т.п. Дело в том, что вопросы формулируются в весьма разнообразных формах, и чтобы понять, какой вопрос задается, нужно их свести к некоему стандартному вопросу. Но этих форм так много, что даже для такой элементарной ситуации это совершенно нетривиальная задача.

На сегодня эта проблема решена, однако никакого прорыва в методах решения не было. Все было примерно так же, как с шахматными программами. В течение примерно сорока последних лет постепенно увеличивался тот объем знаний, который вкладывался в шахматную программу, — количество дебютов, оценок ситуаций и прочего. Все это наращивалось, наращивалось, и в конечном счете, была создана программа, которая выиграла у человека. То есть, решение проблемы такого типа скорее задача техническая, нежели методологическая.

Путем наращивания знаний и разрастания объема логических построений, основанных на них, теоретически, любая задача может быть решена. Однако, это путь наращивания мощности вычислителя, а не создания эффективных методов ассоциативно-логических построений и исчисления размытых предикатов, которыми, не осознано, пользуется человек при принятии решений.

Человек пользуется в работе не только правилами, но и неформальными знаниями (так называемыми； «фоновыми знаниями»). Кроме писаных правил есть еще огромное количество неформальных, нигде не закрепленных знаний, нужных для того, чтобы интерпретировать формальные правила. Это то, что приобретается человеком в процессе деятельности и взаимодействия с другими людьми, что наполняет его память, а также формирует жизненный опыт и логику рассуждений.

Корпоративные системы управления знаниями

Всем известный индекс Dow Jones вычисляется как среднее отношение биржевой стоимости ведущих компаний, контролирующих фондовый рынок, к их балансовой стоимости. Для некоторых компаний этот коэффи-

циент достигает значения 10. «Подводной частью имущественного айсберга» является интеллектуальный капитал компаний:

торговые марки (брэнды);.

сети лояльных поставщиков и партнеров;

клиентские базы;

рабочие процессы;

культура реализации нововведений;

патенты и авторские права;

справочники и пулы данных;

опыт знания и профессиональные качества сотрудников (кадровый капитал).

Управление знаниями (Knowledge Management 一 КМ) — это очень молодое направление автоматизации человеческой деятельности. Оно представляет собой интегральный процесс, с помощью которого интеллектуальное достояние трансформируется в материальные ценности.

Как правило, КМ нацелен на выработку наилучших решений путем обмена знаниями между ведущими специалистами, отдельными подразделениями компаний или компаниями в целом. Это подразумевает полный цикл операций над знаниями, содержащимися в документах, базах данных, электронном мультимедиа-контенте, а также в индивидуальном опыте специалистов. Операции над знаниями предусматривают их:

идентификацию;

извлечение;

хранение;.

преобразование;

распределение;

использование.

При этом очень важно, чтобы знания не только аккумулировались, то есть собирались, агрегировались и каталогизировались, но и адресно доставлялись именно тем абонентам, которые в них нуждаются.

Как утверждают эксперты, КМ повышает производительность труда и приносит коммерческую выгоду практически в любой сфере человеческой деятельности. При наличии эффективной концепции КМ, на предприятиях: ускоряется внедрение новаторских идей, улучшается качество обслуживания клиентов, сокращается срок выпуска новых продуктов и услуг на рынок. Все это увеличивает обороты компаний. Эффективность деятельности компаний повышается за счет более рациональных производственных процессов, сокращения издержек, возникающих из-за многократного «изобретения колеса». Помимо этого она растет за счет снижения текучести кадров. Обычно текучесть кадров, особенно ведущих специалистов, носителей

5R0OC ^эхт£нлаосао^

J

Sa HXWOQedeed s sxxsosis (llэбg至eduja - ssmmirt инqwEЭW8工xaMHSITBeduA

2工a工 ox фххшёлаЕ> sooqa aeHBXtayyox

100,00%

90,00%

80,00%

70,00%

60,00%

50,00%

40,00%

30,00%

20,00%

10,00%

0.00% —

Рис- 74・ Области применения Knowledge Management знаний, обусловлена их неудовлетворенностью своим статутом в компании, то есть признание авторитета и уровень вознаграждения и т.п.

По данным IDC, суммарные потери 500 ведущих компаний США из-за отсутствия эффективного упранления знаниями теряют 12 млрд, долларов в год. Компания Meta Group прогнозирует, что к 2003 году более 75% из двух тысяч ведущих компаний мира будут применять технологии управления знаниями. На рис. 14 приведена доля респондентов, применяющих КМ в различных областях бизнеса, по данным Delphi Group.

Центры процессинга знанийобщего пользования

Как известно для любой коммерческой деятельности необходимо сырье, превращаемое к соответствующий продукт. Применительно к системам управления знаниями — это суть сами знания. Однако как узнать где они находятся (местоположение, носители, объем), что именно знают те или иные специалисты (качество и ценность знаний для конечного потребителя)?

Открывать доступ к десяткам или сотням тысяч документов для самостоятельной обработки бессмысленно. Разумнее потратить один раз время и силы на обеспечение качества информации, на ее поиск в «словесной руде» крупинок золота. Обнаружить, где именно зарыты искомые знания, мало. Их необходимо извлечь из носителя. По оценкам Delphi Group лишь 24% корпоративных знаний попадают на бумажные или электронные носители. До 42% знаний по тем же источникам никогда не покидают голов ведущих специалистов и безвозвратно утрачиваются с их уходом. Эти знания гаран-

тируют таким специалистам исключительное положение в соответствующем подразделении, а иногда и сам факт работы в данной компании. Поэтому саму идею обмена знаниями такие специалисты или даже более крупные образования подразделения, или компании в целом, игнорируют. По мнению психологов, основная проблема управления знаниями ——это извечные человеческие чувства: страх утраты власти, статуса, компетенции или авторитета. Поэтому, для стимулирования процессов обнародования знаний необходимы специальные механизмы поощрения носителей знаний. Например, возможность совместить свою деятельность в компании с независимым консалтингом в мультисервисной сети. Такой эксперт передает часть знаний, поддающуюся относительно несложной формализации, в центр процессинга знаний, обеспечивающий автоматическую обработку информации и формирование заключений необходимых абоненту на коммерческой основе. Каждое обращение к полученным от этого эксперта знаниям тарифицируется и выплачивается ему в качестве авторского гонорара за тиражирование оригинала или пользование «ноу-хау».

Вопросы, которые не поддаются простой формализации, неизбежно потребуют индивидуального подхода и привлечения реальных консультантов — носителей знаний. Но очевидно, что такие услуги будут значительно дороже. В то же время, такой подход позволяет избавить экспертов от неуверенности в завтрашнем дне и повысить эффективность их деятельности за счет обмена знаниями в рамках центра процессинга знаний.

Огромное значение имеет единая политика предоставления сервисов в мультисервисной сети. Необходимо понимать, что любое приложение, это не только техническое решение, но и комплекс организационных условий их функционирования, объединяющий: маркетинговые исследования, тарифную политику, правила сбора и распространения контента и знаний в информационных приложениях и т.п.

Техническим фундаментом полнофункциональной системы управления знаниями является интегрированный комплекс компонентов автоматизации человеческой деятельности:

иерархические архивы и соответствующие сервисы по навигации в информационном пространстве;

средства управления контентом и индивидуальным документооборотом;

системы автоматизации предметной деятельности, то есть деловых процедур.

На практике системы управления знаниями «вырастают» из отдельных элементов их составляющих, постепенно обогащаясь новыми свойствами. Поэтому применительно к корпоративной деятельности появилось множество воплощений систем управления знаниями:

на основе распределенных приложений коллективной работы;

как продукт развития систем документооборота;

как развитие систем поддержки принятия решений;

корпоративный портал;

как интеллектуализация сети хранения данных;

как расширение учетно-управленческих систем интеллектуального поиска и категоризации Манных.

В целом предпочтительность того или иного подхода определяется наиболее приоритетными задачами управления знаниями и типами данных, агрегирующих знания в сети хранения данных. Однако можно отметить, что согласно исследованиям компании Meta Groupe, 81% всех респондентов, занимающихся внедрением систем управления знаниями, остановились на портальном варианте КМ.

Использование портала необходимо для решения ряда корпоративных задач оператора и для повышения эффективности обслуживания абонентов мультисервисной сети. Учитывая это, наиболее вероятно ожидать развития центров процессинга знаний общего пользования именно с этого направления.

Пионерами в области являются консалтинговые и интеграторские фирмы, такие как:

Ernst & Young;

Pricewatertiouse Coopers;

Accenture;

KPMG;

IBS.

Внедрение систем управления знаниями может стать одним из наиболее действенных инструментов для снижения издержек и повышения эффективности работы, как частных лиц, так и различных предприятий, готовых объединять свои усилия по развитию центров процессинга знаний.

Содержание

Введение12

Часть I 13

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ ИНФРАСТРУКТУРА МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ 13

Глава 1. Общие положения14

Телекоммуникационная мультисервисная сеть14

Режимы переноса трафика16

Коммутация каналов17

Многоскоростная коммутация каналов17

Коммутация пакетов18

Быстрая коммутация пакетов19

Эволюция понятия «сервис». Операторы и сервис-провайдеры21

Конвергенция сетей и сетевых приложений в универсальную мультисервисную среду23

Конвергентные сети 23

Конвергенция сетевых приложений23

Повышение конкурентоспособности оператора26

Мультисервисные сети28

Эволюция структуры трафика мультисервисных сетей29

Основные критерии операторской деятельности30

Система управления сетями оператора33

Глава 2. Качество обслуживания абонентов QoS34

QoS в широкополосных сетях35

Службы в широкополосных мультисерейсных сетях36

Осноаные требования к качеству обслуживания39

Семантическая прозрачность39

Методы защиты от ошибок в мультисервисной сети40

Временная прозрачность41

Основные требования различных служб к качеству обслуживания 43

Проверка соответствия трафика и механизмы QoS45

QoS в сетях ATM46

' 2.4.2, QoS в сетях IP over Ethernet48

Механизмы обеспечения QoS50

Навигация информационных потоков в мультисервисной сети51

Механизмы обеспечения QoS в ATM54

Традиционные механизмы обеспечения QoS в сетях Ethernet56

Новая концепция обеспечения QoS в IP-сетях60

Сравнительный анализ механизмов QoS мультисервисных сетей64

Глава 3. Оптимизация топологии мультисервисных сетей 68

Топология магистральной части мультисервисных сетей69

Топология агрегирования доступа мультисервисных сетей71

Структура узлов абонентского доступа мультисервисных сетей72

Сетевая структура распределенных информационных систем74

Технология Fibre Channel (FC)80

Технология InfiniBand 85

Встраивание сети хранения данных в мультисервисную сеть88

Глава 4. Балансировка нагрузки мультисервисных сетей90

Система управления, как основной инструмент балансировки нагрузки в сети90

Роль информационных ресурсов в балансировке сетевой нагрузки91

Глава 5. Сравнительный анализ широкополосных технологий магистральных мультисервисных сетей94

Технология ATM95

Технология DPT97

Технология Gigabit Ethernet 100

Сравнительный анализ широкополосных технологий105

Глава 6. Сравнительный анализ технологий агрегирования доступа и услуг106

Сеть ISDN 108

Речевые услуги 108

Услуги передачи данных в сети ISDN108

Шлюз V5.2 в мультисервисную сеть110

Расширение спектра услуг. Концепции IN и NAE110

Технологии xDSL112

6*2.1. Принципы организации услуги xDSL112

DSL и IDSL ”3

HDSL, SDSL, FDSL и SHDSL114

ADSL, UADSL и RADSL115

VDSL/PDSL116

Границы применимости xDSL116

IP в среде Ethernet для мультисервисной сети абонентского доступа117

Механизм доступа к сетевым ресурсам117

0 Механизмы управления и контроля качества119

Мультисервисность IP-технологии 121

Безопасность и качество сервиса пользователей121

Специфика биллинга122

Технологии беспроводного доступа123

Радио-Ethernet123

Фиксированный радиодоступ126

Мультисервисные сети широкополосного радиодоступа129

Границы применимости широкополосного радиодоступа130

65 Сети кабельного ТВ131

Кабельные модемы132

Пропускная способность сети133

Мультисервисность и границы ее применимости в сетях КТВ134

Источники контента и качество сервиса135

Шлюзование в сеть передачи данных136

Специфика биллинга138

6.6. Оптические абонентские сети мультисервисных сетей138

Глава 7. Рекомендации по выбору стратегии развития мультисервисной сети общего пользования 141

Магистральная мультисервисная сеть141

Узлы агрегирования мультисервисных сетей общего пользования143

Абонентская инфраструктура предоставления широкополосных услуг в мультисервисных сетях общего пользования145

Часть II.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРОВ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ 147

Глава 1. Концепция автоматизации операторской деятельности ・・・ 150

Электронный документооборот150

Специфика корпоративной сети оператора мультисервисной сети152

Автоматизация систем жизнеобеспечения сооружений и узлов мультисервисной сети153

Автоматизация систем климат-контроля154

Системы пожарной безопасности155

Автоматизация систем электропитания156

Системы контроля доступа и видеонаблюдения158

Системы удаленного мониторинга и управления различными объектами через корпоративную сеть оператора мультисервисной сети ... 159

Глава 2. Агрегаты данных и информационные потоки оператора мультисервисной сети161

Информационное обеспечение службы технической эксплуатации162

Контроль и диагностика линейных сооружений 163

Анализ электромагнитной обстановки в сетях радиодоступа165

Анализ неисправностей 167

Анализ качества услуг167

Задание и анализ BER169

Система производственных и лабораторных измерений169

Маркетинговые исследования в мультисервисной сети170

Планирование развития мультисервисной сети173

Адресная реклама в мультисервисных сетях175

Биллинг мультисервисных сетей177

Специфика службы безопасности оператора мультисервисной сети180

Глава 3. Контакт-центры и абонентское обслуживание в мультисервисных сетях 184

Обслуживание абонентов речевых услуг184

Система распределения вызовов и речевой навигации185

Мультитерминальные порталы 186

Речевой Web и управление услугами среды сетевых приложений188

Обслуживание абонентов мультисервисных сетей189

Порталы мультимедиа-услуг189

Web'OpneHTMpoBaHHan служба технической поддержки абонентов мультисервисной сети:194

Интерактивная биллинговая система мультисервисной сети 197

Глава 4. Защита от мошенничества и несанкционированного доступа в мультисервисных сетях 200

Стратегические задачи службы безопасности мультисервисных сетей200

Мировой опыт и анализ ущерба от компьютерных преступлений201

Руководящие документы, составляющие основу информационной безопасности российских мультисервисных сетей202

Формирование политики безопасности мультисервисной сети204

Роль человеческого фактора в системе безопасности мультисервисной сети207

Угрозы со стороны персонала мультисервисной сети208

Человеческий фактор и проблемы авторизации210

Виды несанкционированных действий персонала, составляющих угрозу информационной безопасности мультисервисной сети 212

Классификация удаленных атак на распределенные системы214

Механизмы реализации сетевых атак215

Анализ сетевого трафика216

Подмена доверенного объекта или субъекта216

Ложный объект мультисервисной сети218

Типы воздействий на мультисервисную сеть220

Модификация информационных потоков в сети221

Подмена информации 221

Отказ в обслуживании222

Уязвимость на сетевых уровнях модели ISO223

Первый сетевой уровень226

Второй уровень сетевой модели ISO230

Управление сетью и адресация в ней231

Управление сквозной транспортировкой трафика TCP/IP233

Угроза управлению сеансом соединения235

Управление представлен236

Меры сетевой безопасности на различных уровнях модели ISO 238

Первый сетевой уровень238

Обеспечение безопасности на уровне управления каналом 241

Система управления сетью и меры безопасности мультисервисной сети .... 242

Сквозной контроль транспортировки трафика в мультисервисных сетях243

Управление сеансом соединения244

Управление представлением и криптозащита в мультисервисных сетях245

Безопасность мультисервисных сетей248

Анализ защищенности250

Обнаружение атак 252

Система обеспечения непрерывности бизнеса253

Управляющий компонент255

Часть III.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ УСЛУГИ С ДОБАВЛЕННОЙ СТОИМОСТЬЮ В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ257

Глава 1. Информация, как коммерческий продукт, формирующий трафик мультисервисных сетей259

Информационное обеспечение услуг xSP260

Специфика деятельности ISP и Интернет-шлюз в мультисервисную сеть .... 260

Специфика ASP и продажа процессинговых ресурсов

в мультисервисной сети262

Специфика интеграции услуг VoIP264

v-commerce266

m-commerce и специфика обеспечения интерактивных услуг в мультисервисных сетях268

Портал, как универсальная точка доступа ко всем ресурсам и услугам мультисервисной сети270

Глава 2. Безопасность прикладных уровней мультисервисных сетей-272

Уязвимость сетевых приложений273

Уровень управления сеансом274

Управление представлением информации сетевых приложений275

Управление процессами, реализующими сетевые приложения278

Система безопасности прикладных сетевых ресурсов279

Имитаторы сетевых и информационных ресурсов мультисервисных сетей .. 281

Идентификация, аутентификация и авторизация абонентов мультисервисной сети 282

Методы шифрования информации и требования по обеспечению криптографической безопасности в мультисервисныхсетях286

Организация управления процессами сетевых приложений292

Рекомендации по комплексу организационно-технических мероприятий обеспечения безопасности мультисервисной сети294

Структурирование мультисервисной сети295

Разграничение прав доступа297

Система управления персоналом299

Глава 3. Контентохранилища и информационные депозитарии ... 301

Стратегии распределения данных в ко нтентохрани лищах,302

Централизованные хранилища данных303

Расчлененные информационные системы304

Дублирование контента305

Смешанная стратегия построения сетихранения данных306

Иерархическая организация контентохранилища307

Неравномерность использования данных308

Многократные междууровневые пересылки контента309

Специфика мул ьтимеди а- ко нте нта310

Web-контент311

Аудио- и видеоконтент в среде Web313

Коммерческий контент в системах широкополосного доступа315

Информационные депозитарии 321

Депозитарии краткосрочной конфиденциальной и коммерческой информации322

Депозитарии среднесрочной конфиденциальной

и коммерческой информации324

Депозитарии информации неограниченной по стоимости и срокам хранения325

лава 4. Услуги Storage Service Providing (SSP)327

Архитектуры сетей хранения данных SSP328

Каскадирование329

Ячеистые структуры 330

Кольцевые структуры332

Топологии с магистральной инфраструктурой333

Технологии сетей хранения данных (SAN) корпоративного и операторского класса336

Fibre Channel (FC)336

Fiber Channel over IP (FCIP)342

Storage over IP (SOIP)343

InfiniBand345

Сравнительный анализ технологий построения SAN 349

Система управления сетью хранения данных SAN351

Устройства хранения информации352

JBOD- и RAID-массивы353

Роботизированные библиотеки 357

Система управления иерархической памятью мультисервисных сетей359

Обеспечение безопасности в SAN360

Глава 5. Услуги структурирования, фильтрации

и обработки информации 365

Медиатеки общего пользования 366

Фонотека366

Видеотека368

Дистанционное обучение371

Услуги информационно-справочных систем373

Справочные системы контакт-центров373

On-line консалтинг374

Off-line консалтинг377

Поисковые системы379

Алгоритмы поиска380

Репрезентативность терминов383

Полнотекстовый поиск385

Ассоциативная память387

Ассоциативные процессоры388

Системы управления знаниями общего пользования388

Системы искусственного интеллекта389

Корпоративные системы управления знаниями390

Центры процессинга знаний общего пользования392

Гургенидзе Муль^сер в сети и у ел./Профи 11I1IL