Мультисервисный концентратор доступа Cisco MC3810

Cisco MC3810 недорогой, компактный мультисервисный концентратор доступа, предназначенный для интеграции голоса, видео-трафика и трафика данных по публичным или частным сетям Frame-relay, ATM или выделенным линиям.

Cisco MC3810 поддерживает передачу голоса на большом спектре технологий второго уровня - Frame-relay, ATM, канале TDM, выделенной линии (HDLC), или по мультисервисному транку (MultiFlexTrank, MFT позволяет настроить комбинацию TDM и Frame-relay или HDLC). Это разнообразие средств делает данное устройство очень удобным для подключения филиалов к центральному офису, обеспечивая интеграцию голоса, видео и данных в одном канале и позволет значительно экономить средства. Кроме этого, являясь полнофункциональным маршрутизатором MC3810 поддерживает все разнообразие функций, предоставляемых операционной системой Cisco IOS (Internetworking Operating System) и самое главное - их быстрое добавление путем обновления версии IOS.

Модели Cisco MC3810

Различия моделей Cisco MC3810

Модули для Cisco MC3810

Варианты программного обеспечения Cisco IOS

Поддерживаемые технологии

Возможности по поддержке голоса

Cisco MC3810 поддерживает две основные конфигурации - аналоговую и цифровую. В аналоговой конфигурации возможна любая комбинация из шести голосовых портов - для подключения телефонных аппаратов (FXS), для подключения к АТС (E&M) или для подключения к городским линиям (FXO).Все эти порты подключаются к голосовому модулю (AVM).

В цифровой конфигурации поддерживается один цифровой канал к АТС T1/E1 подсоединяемому к цифровому голосовому модулю (DVM).

Сжатие голоса до 8 Kbps осуществляется по алгоритму CS-ACLEP в соответствии со стандартом G.729 или G.729A. Возможна передача голоса по 64 Kbps каналу в PCM стандарте если Cisco MC3810 настроить для поддержки TDM cross-connect конфигурации.

Транковые каналы

Cisco MC3810 поддерживает до трех сетевых транков для передачи голоса. Используя мультифлекс транк, Cisco MC3810 может передавать голос по АТМ, frame-relay, каналу TDM, выделенной линии или смешанному каналу TDM и frame-relay или HDLC. АТМ и TDM поддерживаются только при использовании мультифлекс транка.

Два других последовательных интерфейса, называемых универсальными интерфейсами ввода/вывода (universal input/output -UIO), тоже могут быть настроены несколькими способами. Когда они настроены как DTE интерфейсы, они могут поддерживать голос поверх frame-relay или HDLC. Также они могут быть настроены как DCE интерфейсы для передачи H.323 видео-потока по CBR(constant bit rate) соединению через мультифлекс транк.

Кроме этого UIO порты могут быть настроены для передачи видео-потока по NxDS0 тайм слотам при использовании мультифлекс транка в TDM или смешанной настройке.

Наконец, UIO порты могут использоваться как обычные последовательные порты маршрутизатора для передачи любого вида трафика.

Технологии передачи

АТМ идеально подходит для передачи смешанного трафика - голоса, видео и данных. Технология АТМ позволяет гарантировать требуемую величину задержки и ее вариацию, что обеспечивает очень высокий уровень сервиса (QoS). Cisco MC3810 поддерживает передачу голоса поверх АТМ используя класс сервиса для передачи трафика реального времени VBR (Variable Bit Rate) (AAL5 транспорт). Используя VBR, Cisco MC3810 может применять подавление пауз, используя функцию определения голосовой активности VAD (Voice activity Detection).

Ячейки не передаются когда нет активных звонков или когда нет речевой активности в процессе звонка. Это позволяет оптимизировать использование пропускной способности канала. Данные передаются используя VBR или UBR (unspesified bit rate) классы сервиса.

Видео-данные передаются используя CBR(constant bit rate) класс сервиса (AAL1 транспорт). Для передачи видео-трафика Cisco добавила функцию - ячейки не передаются когда видео-кодек не активен (DTR is down). Это тоже позволяет оптимизировать использование пропускной способности канала.

Другой поддерживаемой технологией для передачи голоса и данных является технология Frame-relay. В этом случае вариация задержки при передаче больших фреймов данных по низкоскоростным каналам может быть уменьшена путем сегментирования больших фреймов и попеременной их передачи с фреймами голосового трафика.

Cisco поддерживает передачу голоса и данных по одному PVC (Permanent Virtual Channel) или по разным PVC. Поскольку платить надо за количество PVC, возможность передачи смешанного трафика по одному каналу позволяет сэкономить расходы на оплате каналов связи. Кроме этого, Cisco MC3810 может выступать в роли тендем свича, коммутируя голосовые звонки без дополнительного цикла сжатия/декомпрессии голосовых данных, это, во-первых, позволяет уменьшить количество прямых соединений между узлами, давая возможность строить распределённые сети и уменьшить количество PVC, а во-вторых сохраняет высокое качество голоса при звонках между филиалами.

Использование мультифлекс транка в смешанной конфигурации может быть полезным, если клиент заинтересован в объединении различных сервисов для передачи по одному каналу T1/E1. В этой конфигурации NxDS0 каналов могут передаваться прозрачно с цифрового голосового модуля (DVM) в телефонную сеть общего пользования (PSTN). Еще NxDS0 каналов могут быть сконфигурированы для передачи видео-потока в конфигурации точка-точка с какого либо UIO интерфейса. И наконец, звонки между офисами и трафик данных может передаваться по оставшимся NxDS0 каналам, используя frame-relay или HDLC инкапсуляцию.

Детализированное описание устройства

Транковые интерфейсы

Остановимся подробнее на перечисленных возможностях, и прежде всего на транковых интерфейсах MC3810.

Поддержка нескольких транковых интерфейсов возможна благодаря тому, что процесс фрагментации фреймов, необходимый для передачи голоса поверх frame-relay, может выполняться одновременно более чем на одном интерфейсе.

Подключение по выделенным линиям

Рис 1.

Использование трех транков позволяет объединить три филиала без использования телефонного свича в центральном офисе.

Вынесение аналоговых портов

Наличие трех транков может быть также использовано для вынесения в филиалы некоторого числа аналоговых голосовых портов из центрального офиса, например, если офисная АТС не поддерживает цифровых модулей.

Предположим что требуется 15 голосовых портов в центре сделать доступными для филиалов. Чтобы добиться уменьшения числа каналов к центральному офису можно использовать следующую конфигурацию.

Рис 2.

Мультифлекс транк используется для подключения к сети frame-relay, а два последовательных порта Cisco MC3810a подключаются к MC3810b и к MC3810c. Поскольку терминирование голосового трафика требует больше процессорной мощности чем его сквозная коммутация, то логично будет передать обработку 12 звонков устройствам В и С, а оставшиеся три терминировать на устройстве А. Устройство А будет работать в роли тендем свича, терминировать звонки, маршрутизировать и фрагментировать LAN трафик, поэтому разумно будет максимально разгрузить его.

Комбинированное подключение к сетям и выделенным линиям.

Рис 3.

В данной конфигурации удаленные узлы А и В получат возможность доступа к узлам, подключенным к сетевым сервисам frame-relay или АТМ.

Резервирование (Backup)

Cisco MC3810 способна поддерживать резервные каналы в активном состоянии (standby). Так, один последовательный порт может быть резервным для второго последовательного порта или для мультифлекс транка.

Резервирование может быть выполнено по выделенной линии, через выделенный ISDN адаптер или синхронный аналоговый модем.

Возможности по обработке голоса

Аналоговый голосовой модуль (AVM) поддерживает до 6 аналоговых голосовых интерфейсов с подключением через разъем RJ45. Чтобы активизировать интерфейс пользователь должен установить желаемый тип интерфейсного модуля (Analog Personality Module APM) - это FXS, FXO или E&M.

В общем случае, к FXS портам подключаются телефоны, FXO порты подключают к телефонным линиям, а E&M типа I-V подключают к аналоговым линиям АТС. АРМ обеспечивает необходимую схематику работы интерфейса и кодек оцифровывающий голос в шаблоны PCM.

AVM/APM комбинации обеспечивают следующие функции.

• 6 портов FXS, FXO или E&M в любой комбинации;
• Интегрированная батарея и генератор звонков;
• Настраиваемый уровень приема/передачи;
• 2-х проводные FXS/FXO голосовые интерфейсы;
• 2-х и 4-х проводные E&M интерфейсы;
• Wink start, Immediate start, Delayed start;
• Программно-настраиваемый loop start/ground start;
• Программно-настраиваемое a-low или mu-low PCM кодирование;
• Программно-настраиваемый импеданс.

Отметим что локальные звонки между точками, подсоединенными к одному устройству, коммутируются сразу после оцифровки кодаком PCM через локальную TDM шину и не сжимаются, что обеспечивает высокое качество голоса и не загружает DSP ресурсы.

Цифровой голосовой интерфейс

DVM обеспечивает подключение к цифровому каналу АТС. MC3810 будет работать с АТС поддерживающей стандарт EIA/TIA-464-A(feb 1989).

Поддерживается CAS - оба вида североамериканский T1 CAS (ABCD биты в каждом канале используются для нужд сигнализации) и европейский CAS (ABCD биты для каждого канала передаются через 16 -ый тайм слот).

В зависимости от используемой конфигурации каналы DVM модуля могут быть направлены на модуль сжатия голоса или непосредственно в тайм слоты мультифлекс транка через локальную шину TDM.

В настоящий момент MC3810 поддерживает следующие кодаки :

ITU G.729 CS-ACELP 8 Kbps (g729r8)

ITU G.729A CS-ACELP 8 Kbps (g729ar8)

ITU G.726 ADPCM 32 Kbps (g726r32)

ITU G.711 PCM (A-Low или mu-Low) 64 Kbps (g711Alow или g711ulow)

Голосовая сигнализация

Голосовая сигнализация состоит из интерпретации и ответа различным видам локальной сигнализации, включая ABCD биты, ground start, loop start и.т.д.

Вместо передачи сигнальной информации из конца в конец соединения, сигнализация локально подтверждается MC3810, а затем используя внутренний протокол сигнализации (основанный на Q.SIG), информация передается на удаленную MC3810, где восстанавливается сигнализация, необходимая для завершения звонка.

Рис 5.

Трансляция сигнализации схематично представлена на рис 6.

Сегментация и сборка (SAR)

Ключевой особенностью, обеспечивающей передачу голоса по frame-relay сети, является сегментирование больших фреймов (также называемое фрагментированием фреймов ).

Сегментация предотвращает задержки голосовых фреймов, находящихся в очереди за большими фреймами данных. Из-за задержек сериализации больших фреймов данных, голосовые фреймы передаются не регулярно, что сказывается на качестве голоса. В отличие от сетей передачи данных повторная передача в голосовых сетях невозможна, поэтому механизм очередей и сегментация играют здесь очень важную роль.

Термины "сегментация" и "сборка" в основном используются в АТМ сетях, в то время как термин "фрагментация" относится к сетям frame-relay.

Свое логическое завершение идея сегментации получила в технологии АТМ. Именно из-за фиксированной длины ячейки АТМ сегментация дейтаграмм обеспечивает столь высокую предсказуемость задержек и их вариации, и следовательно, позволяет добиться высокого качества передаваемого голоса.

Сегментация в сетях frame-relay представляет собой промежуточный вариант и закрывает брешь между АТМ и обычными сетями IP обеспечивая достаточный уровень предсказуемости и надежности передачи всех видов трафика, чувствительного к задержкам.

Все поставщики оборудования для передачи голоса по сетям frame-relay обеспечивают какой либо способ сегментации. Однако именно сборка сегментированных фреймов заставляет многих производителей ставить дополнительные устройства в центральном офисе.

Способность эффективно осуществлять сборку фреймов является ключевым преимуществом устройств Cisco для передачи голоса по сетям frame-relay.

Кроме того, длина фрагментов фрейма програмно настраивается в MC3810. В отличии от многих конкурирующих продуктов, которые дополнительно загружают процессор, сегментируя фреймы на всех скоростях линии, Cisco MC3810 позволяет сегментировать фреймы только в случае необходимости.

Например, при скорости E1 сегментация не потребуется, поскольку задержки в сериализации и как следствие, задержки в очередях минимизируются высокой скоростью канала.

Задержка сериализации -это фиксированная задержка, требуемая для передачи голосового фрейма или фрейма данных в транк, и прямо зависит от физической скорости (clock rate) транка.

Табл 1.

Согласно таблице, задержка сериализации на линии 64 Kbps для голосового фрейма CS-ACELP с длиной 38 байт будет 4,75 мс.

Задержка сериализации для 53 байтной ячейки АТМ (T1 : 0.275 ms, E1 : 0.207 ms) пренебрежимо мала из-за высокой скорости канала и маленького размера ячейки.

Отметим также, что поддержка рекомендации frame-relay форума FRF.12 касающейся сегментации и сборки фреймов на втором уровне, планируется для маршрутизаторов 3600/2600 серии в первом квартале 1999г.

Приоритезация голоса и данных

Важной отличительной особенностью MC3810 является способность отличать голосовой и видео-трафик от трафика данных и обрабатывать его в первую очередь в соответствии с классом сервиса для трафика реального времени с помощью приоритетных очередей для frame-relay и АТМ.

Очереди frame-relay.

На интерфейсе frame-relay MC3810 поддерживается два класса сервисов :

• реального времени и не реального времени.

Сервисы реального времени используются для обслуживания видео и голосового трафика, а не реального времени для обслуживания трафика данных.

Очереди каналов трафика реального времени обслуживаются в последовательном (циклическом) порядке (round-robin) и полностью освобождаются перед началом обслуживания очередей трафика не реального времени.

Рис 6.

Предполагая что используются функции IOS - приоритетные очереди (priority queuing) и потоки данных имеют порядок приоритов по алфавиту, то приоритет всех потоков данных будет следующим.

1. CES (Video).
2. Rt-VBR (Voice)
3. Data A
4. Data B
5. Data C

Голос и видео-трафик всегда имеет наивысщий приоритет, и нет способа назначить приоритет для данных больше чем для трафика реального времени. Однако при правильной конфигурации потоки данных никогда не будут заблокированы трафиком реального времени.

Например, для полного канала E1 и наличии 24 потоков сжатого голоса будет использовано приблизительно 240 Kbps, что составляет примерно 11% от пропускной способности канала. Даже если видео-поток займет еще 348 Kbps, останется еще достаточно много пропускной способности для передачи трафика данных.

Классы сервиса АТМ

1. CES AAL1 эмуляция канала используется для синхронных или видео-данных (но не голоса ).
2. rt-VBR AAL5 VBR реального времени используется для компрессированного голоса.
3. nrt-VBR AAL5 VBR не реального времени используется для сглаженного (shaped) потока данных.
4. UBR AAL5 для не сглаженного (unshaped) потока данных.

   Производительность

Один звонок с использованием сжатия до 8 Kbps с накладными расходами пакетизации во frame-relay или HDLC занимает приблизительно 11 Kbps (10.13 Kbps) и один поток факсимильной информации 9.6 с накладными расходами приблизительно 12.19 Kbps.

Когда включен traffic shaping, MC3810 не будет разрешать голосовой звонок, если по крайней мере 8 Kbps пропускной способности канала не останутся свободными после выделения 11 Kbps под голосовой звонок. Разрешение на голосовой звонок не зависит от того, голосовой или факсимильный вызов делается, поскольку до соединения нельзя определить, какой именно это звонок. Следовательно, требования к минимальной скорости канала составляют 19.2 Kbps, при которой разрешаются голосовые соединения.

Поскольку производительность зависит от количества обрабатываемых пакетов и в частности пакетов данных, требующих сегментации и маршрутизации (голосовые пакеты частично обрабатываются выделенными только для обработки голоса ресурсами), то при большей "ширине" канала их становится больше и увеличивается загрузка маршрутизатора.

Но это несколько обманчивая картина, поскольку при большей "ширине" канала нужно сегментировать меньшее количество фреймов, так как можно увеличить размер сегментов и соответственно уменьшить нагрузку на маршрутизатор.

Если правильно конфигурировать MC3810, то практически всегда можно находиться в "безопасной зоне" не перегружая процессор.

Frame-relay traffic shaping

Прежде чем рассматривать эту функцию, отметим прежде всего разную природу, и потому и разные характерные черты голосового трафика и трафика данных. Голосовой трафик в принципе равномерный : через фиксированный интервал времени кодек генерирует голосовой пакет фиксированной длины. Не смотря на периоды не активности - паузы в разговоре, максимальная интенсивность всегда постоянна. В тоже время трафик данных может иметь очень неравномерный характер и иметь всплески интенсивности.

Термин traffic shaping можно перевести как сглаживание трафика. Смысл действия этой функции заключается в том, чтобы количество передаваемых за некоторый интервал времени данных не превысило заданного порогового значения (например CIR), т.е. за счет буферизации всплесков активности трафика данных добиться более равномерной его передачи на интерфейсе. В данном случае под скорастью понимается Kbps - Кбит/сек. Frame-relay traffic shaping должен всегда применяться на MC3810, когда голос и данные разделяют один PVC и потоки передаются через сеть frame-relay.

Если не использовать traffic shaping, то фреймы данных, которые покидают MC3810 с низким приоритетом, из-за всплесков интенсивности трафика и переполнений очередей где-то в сети, могут повлиять на следующие за ними голосовые фреймы с высоким приоритетом. Это происходит, во-первых, в следствии реакции сети frame-relay на перегрузку - сеть просто сбрасывает фреймы, которые не может обработать (сначала фреймы помеченные как DE). А во-вторых, из-за отсутствия стандартных способов приоритизации в рамках одного PVC внутри сети frame-relay (помимо бита DE).

Если фреймы с данными передаются быстрее CIR и превысили порог Bc+Be, то сеть будет сбрасывать все последующие фреймы, включая и фреймы с голосом. Естественно, это может сильно повлиять на качество голоса. Эта на самом деле типичная ситуация - физическая скорость канала (clock rate) 64 Kbps, а CIR покупается до 32 Kbps.

The De-Jitter buffer - буфер, минимизирующий изменения задержки прихода пакетов.

Это необходимая функция для обеспечения качества голоса в сетях с пакетной передачей данных. Такой буфер используется даже в сетях АТМ, где вариации задержки минимальны.

Внося некоторую детерминированную задержку в начале установления голосового звонка, этот буфер позволяет скрыть неравномерность прихода из сети голосовых пакетов, отправляя их на дальнейшую обработку с равномерными интервалами.

Использование раздельных PVC для голоса и данных

Важным моментом при проектировании сети frame-relay является оптимизация использования PVC. Cisco MC3810 позволяет передавать данные и голос как по одному PVC так и по разным PVC.

Делая выбор надо принимать во внимание :

• Простоту управления;
• Стоимость каналов PVC;
• Ограничение количества PVC в MC3810 - 32;
• Тип сети (частные выделенные линии или платные услуги провайдера);
• Качество сервиса, предоставляемое сетью провайдера.

В общем случае проще управлять потоками голоса и данных на разных PVC. Этим стоит воспользоваться в частных сетях или на выделенных линиях. В этом случае PVC бесплатные, и их количество ограничено только возможностями MC3810 или свича frame-relay.

Кроме того, если голос и данные передаются по раздельным PVC, данные могут терминироваться (в случае если они фрагментированы на уровне IP, а с первого квартала 1999 года и на уровне frame-relay), непосредственно на другой cisco маршрутизатор. Если фрагментация выполняется MC3810 на втором уровне (frame-relay), то данные должны демультиплексировться другим маршрутизатором MC3810.

В первом квартале 1999 года предполагается обеспечить поддержку рекомендации FRF.12 для платформ 2600/3600. Тогда это ограничение будет снято. Когда используется публичная сеть frame-relay, то голос и данные желательно передавать по разным PVC уже для того, чтобы и сеть могла обслуживать PVC для передачи голоса с более высоким приоритетом, нежели PVC для передачи данных также как это может делать MC3810 на "своей территории" в качестве оконечного оборудования или узла сети. Объективно, что поскольку голос и данные требуют разного уровня обслуживания, то внутри сети frame-relay это будет проще обеспечить для разных PVC.

Если голос и данные передаются по одному PVC в частной сети или по выделенному каналу, то как правило известны пути трафика (например, во втором случае) и возможностей управления трафиком, предоставляемых MC3810, будет достаточно для обеспечения необходимого уровня качества. В случае использования сети frame-relay общего пользования возможно потребуется тщательная настройка системы. Поскольку каждый сервис провайдер посвоему настраивает сети, то возможно потребуется эмпирическая настройка под данного конкретного провайдера. Однако, в любом случае, при передаче голоса и данных по одному PVC черз публичные сети следует использовать traffic shaping.

В случае, даже когда тщательная настройка параметров приводит к потере голосовых фреймов, их можно защитить, установив DE бит на части фреймов данных. Например, для TCP/IP трафика, позволяющего перепосылку пакетов.

В случае перегрузки в сети эти фреймы могут быть сброшены, предотвращая потерю голосовых фреймов. Этот несколько грубый способ, обеспечивает достаточно хороший уровень надежности.

Кроме этого возможно, что провайдер сможет обеспечить более высокий приоритет для данного PVC, скажем выше чем только для передачи данных но ниже чем для передачи только голоса.

Фрагментация на втором и третьем уровне

Еще одна уникальная функция, выделяющая MC3810, это возможность полностью отключить фрагментацию. Это позволяет терминировать (направлять на окончательную обработку) PVC, предназначенные для передачи только данных на любом маршрутизаторе cisco.

На линиях с низкими скоростями, данные всегда должны фрагментироваться, чтобы избежать больших задержек сериализации.

Отключив фрагментацию для PVC с данными на втором уровне, её можно включить на третьем уровне установив (MTU size) максимальный размер пакета в соответствии с требованиями к задержке для данной скорости канала, скажем для 128 Kbps линии MTU должен составлять 160 байт, т.е. быть равным размеру фрейма при фрагментации на втором уровне. Однако, кроме установки необходимого MTU, на cisco 2500 потребуется настроить traffic shaping, чтобы всплески интенсивности трафика данных не блокировали голосовые фреймы от MC3810b.

	© TerraNet webmaster@terranet.ru
Москва, ул. Балтийская дом 14, помещение "НИИ специальных полимеров и коррозии" Тел: +7 (495) 787-52-90,155-43-37/29/43 факс: +7 (495) 155-43-37/29/43