Передача информации в пакетно-ориентированных коммуникационных сетях

Передача информации в пакетно-ориентированных коммуникационных сетях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к области единых сетей для надежной транспортировки цифровой кодированной информации для услуг передачи данных, речи, аудио/видеоинформации и других услуг и приложений при сохранении соответствующих услуге или приложению требований по качеству обслуживания вплоть до интерактивного информационного обмена в реальном времени. Патентные заявки DE 10146349.9, DE 10161508.6, DE 10161546.9, DE 10161547.7 также относятся к этой области и включены в настоящее описание посредством ссылки.

В прошлом были созданы два основных типа коммуникационных сетей для передачи информации в составе потоков трафика: пакетно-ориентированные сети передачи данных и ориентированные на соединение сети передачи речевых сигналов. Они отличаются, в числе прочего, различными требованиями к качеству обслуживания определяемому параметром QoS (от англ. Quality of Service).

Качество обслуживания определяется различным образом в зависимости от контекста и оценивается согласно различным метрикам. Известные примеры метрик для измерения качества обслуживания включают в себя максимально возможное количество передаваемой информации (ширина полосы), количество переданной информации, объем непереданной информации (частота потерь), определяемая в необходимом случае задержка при передаче, определяемое в необходимом случае отклонение для обычного промежутка между соответственно двумя передачами информации (дрожание задержки, дрожание моментов времени приема) или количество недопущенной для передачи информации (частота блокировки).

Услуги в мультимедийных сетях определяют как «мультимедийные приложения». Под мультимедийной сетью понимается сеть, в которой реализовано множество различных услуг. В узком смысле под этим понимается, в частности, широкополосная сеть с комплексными услугами (B-ISDN), в которой возникающие при использовании услуг потоки трафика могут передаваться с помощью единого, предпочтительно пакетно-ориентированного механизма передачи. Под определение «мультимедийное приложение» подпадают при этом как услуги типа обычной телефонии (в пакетно-ориентированных сетях протокола Интернет (IP) называемые услугами протокола VoIP (речь через Интернет)), так и услуги типа факсимильной связи, телеконференции, видеоконференции, видео по требованию (VoD) и многое другое.

Ориентированные на соединения (речевые) сети рассчитаны на передачу потоков трафика, в которые непрерывно вводится речевая информация. Специалисты определяют ее понятиями «разговор», «вызов», «сеанс (связи)». Передача информации осуществляется при этом с высоким качеством обслуживания и надежностью. Например, для разговора важна минимальная задержка без колебаний (дрожания) времени задержки, так как разговор при воспроизведении в приемном устройстве требует непрерывного потока информации. Поэтому потеря информации не может быть компенсирована повторной передачей непереданной информации и в приемном устройстве приводит к акустически воспринимаемым щелчкам (акустическим ударам). Специалисты определяют передачу речи как услугу реального времени.

Низкая частота блокировки достигается, например, соответствующим расчетом и планированием речевых сетей. Низкая и в значительной степени постоянная задержка или дрожание задержки обеспечивается при совместной передаче нескольких потоков трафика по общему каналу обычно использованием статического (временного) мультиплексирования, также называемого временным уплотнением. При этом потоки трафика в передатчике передаются в однородных блоках одинаковой длины, также называемых временными сегментами или временными интервалами (слотами), с сегментацией и перемежением во времени. Соотнесение временных интервалов с соответствующими потоками трафика указывается их положением в канале. После совместной передачи временные интервалы могут затем в приемнике распределяться к соответствующим потокам трафика и при необходимости могут быть вновь переупорядочены в исходные потоки трафика. Вследствие этого емкость передачи потоков трафика при ориентированной на соединение передаче по существу не подвергается колебаниям, а находится на заданном уровне (например, 64 кбит/с в современных телефонных сетях на основе ISDN).

Пакетно-ориентированные сети (передачи данных) проектируются для передачи пакетов трафика, сформированных в виде пакетных потоков, которые определяются специалистами как потоки пакетов данных. При этом обычно не требуется гарантировать высокое качество услуг. Например, при передаче электронной почты не требуется обеспечение минимальной задержки или колебаний времени задержки, так как электронная почта в приемнике не должна воспроизводиться в реальном времени. Важным в этом случае является безошибочная передача сообщений электронной почты. Потеря информации поэтому обычно компенсируется повторной передачей непереданной или переданной с ошибками информации. Задержка передачи электронной почты варьируется, следовательно, согласно частоте повторных передач информации. Также дрожание задержки является довольно высоким. Поэтому специалисты называют передачу данных услугой передачи не в реальном времени.

Частота блокировки сначала отсутствует в пакетно-ориентированных сетях передачи данных. В принципе всегда все пакеты всех потоков трафика передаются. Однако передача потоков трафика происходит при умеренной загрузке сети передачи данных с существенными колебаниями задержек по времени, так как отдельные пакеты обычно передаются в порядке их доступа к сети, то есть временные задержки тем больше, чем больше пакетов должно быть передано сетью. Совместная передача множества потоков трафика по общему каналу обычно обеспечивается использованием статистического (временного) мультиплексирования. При этом пакеты потоков трафика в передатчике передаются с перемежением по статистическим правилам. Правила могли бы предписывать, что пакеты передаются в последовательности их поступления (наилучшая попытка). При одновременном поступлении нескольких пакетов передается один, в то время как остальные, вследствие увеличенного дрожания задержки, кратковременно буферизуются. Если поступают одновременно больше пакетов, чем они могли быть буферизованы, то излишние пакеты отбрасываются. Соотнесение пакетов с конкретными потоками трафика указывается информацией соотнесения в служебной информации (состоящей из заголовка и/или трейлера (концевика)) пакетов. Поэтому после совместной передачи пакеты в приемнике могут быть соотнесены с соответствующими потоками трафика. Информационная емкость передачи потоков трафика по существу не подвергается ограничениям при пакетно-ориентированной передаче, а в принципе (в рамках емкости общего канала) в любой момент времени может принимать отличающееся любое значение.

В процессе сближения ориентированных на соединения речевых сетей и пакетно-ориентированных сетей передачи данных услуги передачи речи и в будущем также более широкополосные услуги, например, передача информации движущихся изображений (видео по требованию, видеоконференции) реализуются в пакетно-ориентированных (мультимедийных) сетях с комплексными услугами, также называемых сетями для передачи речи и данных, то есть передача обычных до сих пор услуг реального времени, передаваемых обычно в ориентированных на соединение сетях, происходит в потоках данных в объединенных сетях передачи речи и данных. Они называются потоками пакетов реального времени. При этом возникает проблема, состоящая в том, что для пакетно-ориентированной реализации услуги реального времени требуется высокое качество обслуживания и надежность, чтобы эти характеристики были сопоставимыми по качеству с ориентированными на соединение передачами, в то время как современные (пакетно-ориентированные) сети передачи данных и, в особенности, Интернет не предусматривают адекватных механизмов для гарантирования высокого качества обслуживания.

Требования к качеству обслуживания в пакетно-ориентированных сетях с комплексными услугами являются общими для всех типов сетей. Они не зависят от конкретной реализации режима пакетной ориентации. Пакеты, следовательно, могут быть реализованы как Интернет-пакеты, Х.25-пакеты или пакеты ретрансляции кадра, или как АТМ-элементы данных. Иногда они определяются также как «сообщения», в частности, когда в одном пакете передается одно сообщение. Потоки пакетов данных и потоки пакетов реального времени являются примерами осуществления потоков трафика, передаваемых в коммуникационных сетях. Потоки трафика также называются «соединениями», в частности, в пакетно-ориентированных сетях, в которых используются методы передачи без установления соединений. Например, передача информации согласно TCP/IP происходит с помощью так называемых «потоков», посредством которых передатчики и приемники (например, Web-серверы и браузеры), несмотря на характер без установления соединения передаваемых пакетов, на логически абстрактном уровне связываются друг с другом, то есть логически абстрагированно потоки также представляют собой соединения. Единственно решающим для соединения является то, что перед передачей происходит процедура установления соединения, при которой создается контекст, который существует, по меньшей мере, во время передачи. После передачи может осуществляться более явно выраженная процедура отмены соединения. Однако также возможны неявные механизмы, такие как «тайм-аут» (лимитированное время ожидания) соединения по истечении установленного промежутка времени отсутствия передачи.

Самой известной в настоящее время сетью является Интернет. Интернет представляет собой открытую сеть передачи данных с открытыми интерфейсами для соединения (по меньшей мере, локальных и региональных) сетей передачи данных различных производителей. Поэтому до сих пор основное внимание направляется на обеспечение независимых от производителей транспортных платформ. Адекватные механизмы гарантии качества услуг играют подчиненную роль и поэтому едва ли имеются в распоряжении.

Сближение телекоммуникаций (также определяемых как сеть передачи речи) с классической средой передачи данных (также называемой сетью передачи данных) в направлении к сетям и услугам протокола Интернет (IP) является, в отношении IP-техники, сложной задачей, так как такая пакетно-ориентированная сеть передачи данных рассчитана прежде всего на передачи по принципу «наилучшей попытки», и в крайнем случае предусматривает соблюдение довольно неопределенных по содержанию «соглашений об уровне услуг» (SLA), в то время как в случае телекоммуникаций на переднем плане находятся очень строгие требования к качеству обслуживания (QoS), надежности, доступности и защищенности сети и услуг. «Интернет-мир» реагирует на эту задачу множеством все более сложных и требующих больших затрат решений, однако до сих пор не нашел полного решения, которое и в экономическом аспекте являлось бы удобным и выполнимым.

Требования к качеству обслуживания QoS для услуги или приложения в сети могут определяться различными критериями, из которых для примера можно назвать следующие:

- характеристика пропускной способности цифровой кодированной информации, т.е. требуемая ширина полосы или характеристика ширины полосы (постоянная ширина полосы, переменная ширина полосы (например, со средним значением, пиковым значением, «степень пакетности» (использование канала только на время передачи информации) или другие характеризующие параметры)) и чувствительность к потерям информации,

- характеристика задержки, то есть влияния абсолютной задержки (время распространения от источника до приемника информации) и чувствительность к колебаниям времени распространения или задержки (разумеется, отклонения в задержке за счет буферизации могут быть преобразованы в абсолютную задержку - это в большинстве случаев не сопряжено с большими затратами),

- требуемая или не требуемая согласованность по времени или «временная инвариантность» передаваемой информации, то есть должны ли блоки информации выдаваться точно в том порядке, в котором они вырабатывались, или нет (в необходимом случае, должна приниматься во внимание способность в этом аспекте - или неспособность - более высоких уровней услуг и приложений).

Последствия, вытекающие из различных требований QoS, можно проиллюстрировать на двух следующих примерах:

1. Однонаправленные аудио/видео приложения (например, потоковое видео) хотя и требуют представления в реальном времени в приемнике, однако в большинстве случаев для них не существенно, составляет ли абсолютная задержка 1/100, 1 или 5 секунд, если после начала передачи соблюдается непрерывность. Эти допуска по задержке можно было бы, например, использовать, чтобы с помощью повторений скомпенсировать потери информации и тем самым улучшить качество. В качестве альтернативы, передачи могли бы осуществляться с избыточностью (в более широкой полосе), чтобы тем самым скомпенсировать возможные потери информации.

2. Интерактивный, то есть двунаправленный информационный обмен в реальном времени (речь, видео, ...) между лицами должен принимать во внимание реакционную способность и типовое поведение в коммуникациях и ведении диалога людей. В данном случае абсолютная задержка (и тем самым, естественно, отклонения в задержке) ограничиваются величиной порядка нескольких сотен миллисекунд (например, 200 мс). С другой стороны, здесь, при обстоятельствах, допустимы несколько более высокие частоты потерь, так как способность человеческого мозга к «сглаживанию шероховатостей» в разговоре и визуальном восприятии очень явно выражена, и в диалоге внимание к незначительным недостаткам несколько понижено. Боле сложными, однако, являются диалоги в реальном времени между машинами. В этом случае, при обстоятельствах, следует обеспечивать как полноту информации, так и незначительные задержки, близкие к физическому пределу, обусловленному расстоянием в пространстве (время распространения примерно 5 мс на дальности 1000 км).

Если требования к QoS определены, то сеть может, если в одной из этих областей еще имеются резервы, полностью использовать их для того, чтобы скомпенсировать дефицит в другой области. Такая компенсация может быть пояснена на следующих двух примерах:

1. Если приложение допускает относительно высокие потери информации, то колебания во времени задержки могут быть уменьшены за счет того, что блоки информации, которые получили высокую задержку, могут быть отброшены. Наоборот, большие колебания во времени задержки могут быть использованы для достижения пониженных потерь, что, однако, приводит к увеличению буферной памяти.

2. Если максимум колебаний по задержке лежит в пределах минимального временного интервала поставляемых блоков информации (так называемая «быстрая сеть»), то проблемы с временной согласованностью передаваемой информации могут быть исключены. Если предусмотрены меры для восстановления этой временной согласованности, то могут быть допустимы относительно большие колебания по задержке, пока не превышены пределы абсолютной допустимой задержки.

Наряду с QoS, также общая доступность услуги является существенным параметром, который в полной мере зависит от сети и ее свойств. В случае сбоя, например, при отказе некоторых сетевых компонентов или каналов соединений, предоставляется ли в распоряжение заменяющий канал и насколько быстро он может стать полезным? Возникают ли заметные для пользователя прерывания и как долго они длятся? Следует ли провайдеру или даже самому пользователю вмешиваться в процесс каким-либо образом, чтобы вновь восстановить услугу? Надежность сети как таковая и способ, каким образом можно устранять неисправности и в необходимом случае способствовать восстановлению приложения, имеет очень большое значение.

Единая сеть должна также рассматриваться с определением краевых условий представленного здесь типа и должна обеспечивать максимально эффективные, то есть с минимальными затратами и экономически выгодные решения.

Известные сетевые методы выполняют вышеназванные требования, по крайней мере, частично.

1) Простейшим средством является испытанная техника коммутации соединений, при которой для каждого коммуникационного соединения подключается (в двунаправленном случае или при многократном соединении соответственно два или более) выделенное соединение (канал) с жестко связанной и абсолютным образом зарезервированной шириной полосы. Такие соединения выполняются либо в явно выраженной форме как индивидуальные физические проводные линии (например, медные провода), либо как (виртуальные) каналы в так называемых системах передачи или коммутации, которые обеспечивают возможность многократного использования физических проводных соединений. Также возможно сочетание из различным образом реализованных участков передачи. Возможная пропускная способность такого соединения определяется собственной или выделенной шириной полосы, время задержки на транспортировку составляется из задержки на распространение, то есть времени распространения, зависящего от расстояния, для канала, и задержки коммутации, то есть внутренних времен обработки, обусловленных «коммутацией» кодированной информации (то есть данных) в сетевых узлах (переключателях). «Коммутация» означает здесь передачу информации (данных) из одного определенного входящего соединения/канала в установленное при построении соединения исходящее соединение/канал. Обе составляющие задержки могут, как правило (то есть при работе системы в отсутствие помех), на длительности одной коммуникационной передачи (при переключенном канале или существующем соединении) считаться постоянными. В случае работы в отсутствие помех поэтому для всех приложений задаются и достигаются одни и те же квазиоптимальные характеристики QoS (отсутствие потерь информации, постоянная, как правило, низкая задержка, отсутствие переключений). Но для этого соединение на длительность коммуникационной передачи (сеанса связи) должно быть постоянно включенным (и резервированным), и в том случае, если приложение использует его в очень малой степени (например, лишь спорадически, от времени к времени). Надежность/доступность может быть улучшена за счет того, что в случае отказа максимально быстро происходит переключение на заранее подготовленное альтернативное соединение (требуется удвоение ресурсов) или осуществляется подключение заменяющего соединения (задержка и затраты, прежде всего в том случае, когда из-за отказа одновременно будет задействовано множество соединений).

2) Техника коммутации пакетов нацелена на лучшее использование ресурсов (ширины полосы) за счет гибкого совместного использования соединений (каналов) и (в необходимом случае виртуальных) каналов или средств коммутации и передачи посредством множества коммуникационных передач (соединений). Известными примерами могут служить, например, ориентированный на соединение способ асинхронной передачи (АТМ) с пакетами фиксированной длины (также называемых «элементами») и не ориентированный на соединение IP-способ с пакетами переменной длины.

А) АТМ-способ был разработан ITU-T под этим определением и с целью реализации «широкополосной ISDN (цифровой сети с комплексными услугами)» (B-ISDN). АТМ имеет механизм, чтобы даже при очень скудных ресурсах (располагаемой ширине полосы) предоставить широкий спектр классов услуг с определенным (статистическими средствами) гарантированным QoS. Полученные в результате системы и сети являются очень сложными и требующими высоких затрат. Проектирование и эксплуатация требуют высококвалифицированных специалистов. АТМ работает ориентированно на соединения, с использованием сети виртуальных маршрутов и каналов, которые подчинены друг другу иерархическим образом. Для множества различных классов услуг полосы могут резервироваться индивидуальным образом и быть «гарантированными» для соответствующего соединения и в соответствии с лежащей в основе статистикой трафика. Для этого используются различные механизмы постановки в очередь и планирования, которые устанавливаются в каждом узле на маршрут и канал (соединение) посредством соответствующих параметров. За счет тщательного (с тонкой гранулярностью) проектирования и предписаний установки соединений, в соответствии со статистическими правилами, потери информации и переменные составляющие задержек коммутации (они по существу определяются обработкой очередей) могут быть ограничены. Перепутывание информационных блоков в ориентированном на соединения режиме не ожидается в условиях работы без помех. Как следствие ориентации на соединение, при обработке случаев сбоев все присущие этому режиму механизмы должны быть заново запущены. Основные идеи при этом весьма сходны с соответствующими идеями в технике коммутации каналов.

В) IP-техника является прагматическим методом, который добился признания в области передачи данных вследствие простоты лежащего в его основе механизма. Эта техника достигла в последние годы заметного прогресса, так что базирующиеся на ней системы и сети по своей производительности (пропускной способности для данных, эффективности управления) сравнимы с системами, базирующимися на АТМ-технике. Успех IP-техники в значительной степени базируется на том, что большая часть услуг и приложений уже в оконечном приборе преобразуется в пакетно-ориентированный протокол Интернет (IP). К настоящему времени прогнозируется, что рост IP-услуг и на будущее будет многократно больше, чем для других технологий, вследствие чего представляется вероятной существенная миграция всех услуг в сторону транспортировки по IP-сетям. В противоположность АТМ-сетям, IP-сети работают без установки соединений и реализуют только услугу «наилучшей попытки», при которой при крупномасштабном проектировании сетей едва ли возможен прогноз и уже не возможны никакие гарантии достижимого качества обслуживания QoS.

С) Помимо этого известны следующие решения:

a) применяют АТМ-сеть в качестве основной (центральной) сети. Краевые (пограничные) устройства переводят IP-потоки данных в АТМ-соединения соответствующих классов услуг, и транспортировка осуществляется по соответствующим соединениям в АТМ-сети. Проблематичными в этом подходе являются масштабируемость, сложность и затраты на построение и эксплуатацию (см. АТМ-технику). Это решение является полезным для центральной сети. При (дополнительном) приложении в доступе имеют место те же недостатки. Альтернативой в доступе является следующее решение.

b) Применяют протокол сигнализации и строят соединения IP-сети с резервированными полосами (интегрированные услуги - IntServ, RSVP). Данное решение в принципе может применяться как «из конца в конец» (Е2Е), то есть от одного оконечного устройства к другому оконечному устройству, так и на отдельных участках. Он может применяться на коммуникационный поток или (в центральной сети) также для агрегированных коммуникационных потоков. Однако он излишне детальный, требует больших затрат, не масштабируется (затраты на управление) и неэффективный, то есть весьма сходен с АТМ-техникой.

с) MPLS: Этот метод отказывается от АТМ-техники. В сети устанавливаются маршруты (соединения), по которым целенаправленно маршрутизируется трафик отдельных (как правило, агрегированных) пакетов. В отношении QoS часто предлагается использовать соединение с RSVP и DiffServ (см. далее пункт (d)), и может осуществляться реализация на основе АТМ-транспорта. Этот метод по сложности совпадает с ориентированными на соединение механизмами со всеми их уже упомянутыми последствиями (от управления шириной полосы до контроля наличия соединения), т.е. сложность подобна таковой для АТМ-техники. Этот метод, прежде всего в связи с решением для DiffServ, должен смягчить свойственные ему проблемы (целенаправленное управление трафиком на маршруте).

d) «Дифференцированные услуги» (DiffServ): Пакеты данных в краевых (граничных) устройствах классифицируются и маркируются на основе их принадлежности к определенным услугам, приложениям или коммуникационным связям и т.д. Дополнительно может или должен осуществляться (относящийся к потоку) контроль доступа и контроль (например, на доступность ресурсов и поддержание заявленной полосы и характеристики QoS). Пакеты следуют затем, благодаря их информации заголовка (например, адрес получателя) и маршруту, заданному протоколом маршрутизации, через сеть, причем они в каждом узле согласно их маркировке соответствующим «режимом на транзитном участке» обрабатываются (например, приоритизируются). Метод DiffServ допускает свободу режима на транзитном участке внутри «единственной области маршрутизации» (например подсети одного провайдера, но требует сложной «краевой» (граничной) обработки между такими областями (подсетями). Метод DiffServ не может устранить временные и/или локальные «узкие места», так как обычно не осуществляется никакого учета или согласования с маршрутами, заданными протоколом маршрутизации. Как правило, пакеты с одним и тем же получателем от момента, когда они встретились в одном узле, следуют одним и тем же установленным маршрутом. Следствием этого могут быть значительные неравномерности нагрузки и узкие места в сетях с соответственно большими задержками (на обработку очереди) вплоть до потери пакетов. Проектирование сетей и маршрутов является сложной задачей, причем аспект надежности и доступности (например, переадресация в случае сбоя) является затруднительной.

D) В принципе возможны почти все комбинации между вышеописанными методами, и большей частью все они уже обсуждались. Для всех этих методов общим является то, что они (за исключением DiffServ) принципиально реализуются на маршрутах и в зарезервированных по маршрутам полосах и в необходимом случае дополнительных ресурсах. Даже чистый метод DiffServ всегда реализуется, по меньшей мере, на маршруте, заданном протоколом маршрутизации. С этим, как правило, связаны большие административные затраты на подготовку и (статистическое) формирование каналов маршрутов в сети или соответственно более высокие затраты на динамический выбор и переключение каналов. Кроме того, в каждом сетевом узле должны поддерживаться устройства памяти для хранения информации, специфической для каналов и соединений, которая в случае отказа может пропасть, или должна быть переконфигурирована для других маршрутов. Даже при чистом методе DiffServ трафик следует по маршрутам, определенным посредством протоколов маршрутизации, которые поэтому должны контролироваться очень тщательно. Как правило, однако, невозможно точно предсказать ни отклонения в передаче трафика, ни все реакции протоколов маршрутизации на какие-либо события в сети.

Задача изобретения состоит в том, чтобы показать путь, каким образом услуга, которая надежно и эффективно поддерживает требования к своему качеству обслуживания QoS, может быть реализована простым, практичным и экономичным способом в сети с комплексными услугами, пакетно-ориентированной и особенно базирующейся на IP-протоколе.

Эта задача решается заявленной сущностью изобретения. Предложено всеобъемлющее распределение трафика в сети. Оно обуславливает, в том числе, максимально уравновешенное для всех услуг и приложений качество обслуживания QoS по типу «наилучшей попытки». Соответствующее изобретению распределение трафика обеспечивает возможность перехода от области единой маршрутизации к всеобъемлющему обобщенному решению.

Существенный аспект изобретения заключается в абстрагировании от обычных испытанных стереотипов мышления, например, в том смысле, чтобы свойства такие, как QoS и надежность, взять в их субъективности и не привязывать более только к одному каналу или маршруту, а определять как общее свойство сетевого решения, которое при этом существенно выигрывает от такой автономии и тем самым и при эксплуатации становится более экономичным. Параметр QoS, рассматриваемый на сетевом уровне, обеспечивает возможность его представления в режиме без установления соединений. Такое рассмотрение в соответствии с изобретением базируется, в числе прочего, на следующих соображениях:

а) Качество обслуживания (QoS) является относительным понятием. Даже когда информация передается с помощью техники коммутации соединений, потери данных не могут исключаться (например, за счет помех (-> ошибки в битах) или «проскальзывание кадра»). Однако такие дефекты либо допустимы (например, в цифровой телефонии), либо они за счет соответствующих мер защиты на том же (например, за счет избыточности) или более высоких уровнях (например, путем повторений) перехватываются (техника передачи данных). Решающим в конечном счете является (субъективное) восприятие качества приемника информации. Осуществляемый в реальном времени, интерактивный информационный обмен с участием людей, например, всегда осуществляется через их (работающие по аналоговому принципу) органы чувств, которые вполне могут обходиться неполной информацией (иначе, прежде всего мобильные, телефония, кино и телевидение в современном их выражении были бы невозможными). Для интерактивного управления машинами (например, дистанционного управления роботами) требования при определенных обстоятельствах будут более высокими, так что в определенных случаях может потребоваться более детальное рассмотрение каждого отдельного случая. Однако ни в коем случае нельзя опускаться ниже физических границ, например, в отношении зависимых от расстояния значений времени распространения.

Параметр QoS требует, таким образом, не непременно абсолютной гарантии (которая так или иначе отсутствует, в том числе и при использовании каналов и резервирования), а соблюдения соответствующих конкретных требований соответствующей услуги с точки зрения приемника информации. При пакетно-ориентированной передаче это касается прежде всего типа и объема возможных потерь информации, постоянных и/или переменных задержек и временной согласованности (порядка следования) информации. АТМ-техника, например, основывается на рассчитанных по правилам статистики коммутационных узлах и линиях передачи и на принципе ориентированной на соединение передачи с соответственно резервированными ресурсами вдоль канала, причем корректное распределение ресурсов вдоль канала обеспечивается двумя эффективными, но и, следовательно, также сложными механизмами формирования очереди и планирования в сетевых узлах.

b) Современные высокоскоростные сети (передачи данных) работают со «скоростью сети». Сети, базирующиеся на протоколе IP, воспринимают прежде всего только пакеты данных и обрабатывают их все априори одинаково: раньше пришедший пакет также раньше пересылается далее, если в распоряжении имеется недостаточное количество ресурсов, то пакеты сначала накапливаются (формирование очереди, буферизация), и если также в распоряжении имеется недостаточно пространства для хранения, то избыточные приходящие пакеты отбрасываются (принцип наилучшей попытки). Сетевые узлы в этих сетях, так называемые маршрутизаторы, первоначально были вычислителями, то есть полные функциональные средства анализа и последующей пересылки пакетов данных реализовывалась в программах программного обеспечения. В соответствии с этим данные сети до недавнего времени были также сравнительно низкоскоростными. С помощью соответственно рассчитанных буферных ЗУ и соответствующих механизмов защиты информации на более высоких уровнях протокола, например, ТСР, можно было (хотя часто с большой задержкой) добиться достаточно надежной и приемлемой передачи, критичной ко времени информации.

Технологические достижения позволили реализовать элементарные функции маршрутизатора аппаратными средствами (ASIC (специализированные интегральные схемы), FPGA (матричная БИС)) и тем самым открыли путь к быстрым и тем самым к более скоростным соединениям для пересылки пакетов данных в квазиреальном времени. В качестве элемента, вносящего задержку, остается практически только неизбежное урегулирование конфликтов при одновременном приходе нескольких пакетов данных, которые маршрутизируются на один и тот же выход. Эти задержки становятся, однако, с увеличением широкополосности (или, точнее, скорости) соединений между маршрутизаторами все менее существенными, потому что обусловленные конфликтами значения времени ожидания из-за более быстрой рассылки пакетов данных становятся все меньшими. Это справедливо, в особенности, тогда, когда различные потоки трафика за счет соответствующей маркировки могут обрабатываться по-разному при постановке в очередь и планировании (DiffServ (дифференцированные услуги», «приоритизация»).

с) Однако несмотря на эти достижения технологии, продолжают сохраняться существенные соответствующие услугам аспекты, такие как:

- агрегирование потоков трафика на маршрутах в сети, из-за чего даже при тщательном контроле потоков трафика на входах сети, в более глубоких зонах сети невозможно прогнозировать и, следовательно, избежать неравномерной загрузки, что приводит при определенных обстоятельствах, к ухудшению параметра; или

- высокие затраты и вытекающее отсюда длительное время на изменение конфигурации маршрутов в случае ошибок, из-за чего доступность сети и услуг для пользователя могут значительно снизиться.

Соответствующая изобретению коммуникационная сеть включает в себя, согласно этой новой соответствующей изобретению концепции, следующие свойства и функциональные возможности (основные принципы):

- она работает в пакетно-ориентированном режиме и без установления соединений,

- она предоставляет множество портов входа и выхода,

- она состоит из множества сетевых узлов, которые таким образом объединены в сеть, что (как правило) существует множество путей межу различными портами входа и выхода,

- она содержит механизмы, которые с учетом соответствующего места назначения (порта выхода) пакетов данных в любой момент времени (и по возможности в каждой точке принятия решения в сети) стремятся к максимально возможному равномерному распределению нагрузки трафика в сети.

Тем самым в значительной степени устраняются вышеуказанные недостатки, свойственные известным сетевым методам, возникавшие при их использовании в качестве ориентированных на услугу, пакетно-ориентированных сетей, и к тому же обеспечиваются следующие полезные экономические преимущества:

- Сеть должна быть без соединений и пакетно-ориентированной. Тем самым можно использовать сеть на основе IP, так как такая сеть выполняет названные предпосылки.

- Равномерное распределение трафика обеспечивает возможность оптимального использования ресурсов при наивысшем качестве и, тем самым, наиболее экономичное проектирование. Тем самым реализуется оптимальное по затратам общее решение.

- Используемая в режиме без установления соединений сеть не нуждается в средствах управления на установление соединений, отмену соединений, не требует поиска маршрутов, изменения их конфигурации, восстановления каналов в случае отказов и т.д. Поэтому она проста в управлении и экономична в использовании, так как по существу не требуются административные вмешательства, и сеть является по существу самоорганизующейся.

- Агрегирования потоков трафика с одинаковым адресатом можно избежать вследствие распределения по определению, так как даже агрегированные потоки трафика в ходе их дальнейшей передачи вновь будут распределены по различным каналам сети.

- В случае сбоя, то есть при выходе из строя исходящего канала, не требуется сопровождаемое высокими затратами изменение конфигурации затронутых данным отказом потоков трафика на запасные маршруты. Вместо этого достаточно эти потоки трафика больше не распределять в канал, в котором произошел отказ. Для устранения сбоя, таким образом, необходимо только понижение степени распределения. Необходимость в изменении конфигурации отпадает.

- Наконец, решение в его общем действии является очевидно практичным, так как из-за исключения требующих высоких затрат механизмов изменения кон