Konvergence na sítích

Začněme nejprve motivací pro konvergenci - proč má smysl snažit se o jednotnou komunikační infrastrukturu, a ne o několik samostatných a specializovaných přenosových sítí, které by jistě mohly být lépe přizpůsobeny účelu, kterému slouží? Odpověď je následující: z ekonomického hlediska bývá jedna větší síť (propustnější, s větší přenosovou kapacitou) výhodnější než několik sítí menších. Dalším důvodem pro je i snazší správa, větší univerzálnost atd. Existují ale i důvody proti: univerzálnost, a to hlavně co do technického řešení, je vždy kompenzována menším přizpůsobením konkrétním potřebám jednotlivých služeb, které pak jsou nad takovouto sítí provozovány méně efektivněji. Svou roli jistě sehrají i faktory "mocenské" - jednotná infrastruktura bude natolik významná a důležitá, bude na ní záviset fungování tolika důležitých věcí, že se zcela zákonitě stane objektem mocenských zájmů. Budou tedy zřejmě velké tlaky na to, aby takováto jednotná komunikační infrastruktura byla silně regulována. I v tomto aspektu se svět spojů a svět počítačů diametrálně liší - zatímco svět spojů již dlouhou dobu žije v prostředí dosti silné regulace, svět počítačů a počítačových komunikací (reprezentovaný asi nejvíce Internetem) se jí zatím dokázal vyhnout.

Rozdíl je především ve filosofii

Zůstaňme ale u technologické stránky. I zde panují značné rozdíly v celkové filosofii obou světů, neboli v jejich představách o tom, jak by měly přenosové sítě fungovat. Ve světě spojů se vychází ze zásady, že každému je třeba dát "to, co chce", v co možná nejlepší kvalitě, a on nechť to pak používá a využívá tak důkladně (či naopak nedůkladně), jak jen je sám schopen. Jinými slovy: každé dvojici komunikujících účastníků je trvale vyhrazen určitý přenosový kanál, s pevně danými vlastnostmi (zejména celkovou "průchodností", neboli s pevně danou přenosovou kapacitou). Je pak na této komunikující dvojici, zda přidělený přenosový kanál využívá plně, nebo jen zčásti - to, co případně není využito, zde není žádným způsobem "přenecháváno" někomu jinému, komu se případně může i "nedostávat". Podstatným důsledkem je fakt, že provozovateli celé přenosové sítě (například provozovateli veřejné telefonní sítě) vyhrazení takovéhoto kanálu spotřebovává něco z jeho zdrojů, a tak je celkem přirozené, že si za to nechává platit - úměrně tomu, kolik mu takovéto vyhrazení "odčerpalo" z jeho celkových zdrojů, neboli podle toho, jak velká je trvale vyhrazená přenosová kapacita, na jak dlouho a na jak velkou vzdálenost je přenosový okruh vytvořen. V praxi to znamená, že pokud například telefonujete, platíte v závislosti na tom, jak dlouho voláte a na jakou vzdálenost voláte, a je úplně jedno, jak rychle s druhou stranou mluvíte, kolik si toho sdělíte, či zda na sebe například významně mlčíte. Navíc právě v tomto konkrétním případě využití klasické telefonní sítě platíte za poměrně velkou přenosovou kapacitu, protože svět spojů zde používá relativně nejméně efektivní způsob přenosu hlasu digitální cestou: pro jeden hlasový kanál (jeden hovor) "spotřebovává" přenosovou rychlost 64 kbps (což je dáno použitím kódování PCM). Jiné sítě zdaleka tolik neplýtvají přenosovou kapacitou, například v síti GSM se používá mnohem efektivnější technika digitálního kódování hlasu, která vystačí s přenosovou rychlostí cca 13 kbps, a v rámci internetové telefonie lze vystačit dokonce i s hodnotami kolem 10 kbps.

Naproti tomu v dnešním Internetu funguje úplně jiný model. Zde se vychází spíše ze zásady "každému podle možnosti", a to se snahou o maximální efektivnost a také o maximální spravedlnost. Představa je zde taková, že nikdo nedostává nic "přiděleno jen pro sebe", jako v telefonní síti, ale vše naopak zůstává "na jedné hromadě" a je využíváno všemi společně: pokud někdo chce přenést odněkud někam nějaká svá data, je mu vyhověno. Pokud součet všech požadavků překročí celkové možnosti společně využívaných přenosových cest, je každý požadavek krácen úměrně své velikosti (právě v tomto smyslu je tedy dosahováno maximální "spravedlnosti"). Konkrétní financování přenosových cest je pak také řešeno společně - konkrétně tak, že každý se podílí na financování společně využívaných přenosových tras paušálním způsobem, typicky podle toho, jak intenzivně kdo dokáže společné trasy zatěžovat. V praxi to pak znamená, že uživatelé platí za své připojení k Internetu úměrně tomu, jaká je rychlost jejich přípojky (protože právě tato přípojka vytváří úzké hrdlo, které rozhoduje o tom, jak moc může uživatel zatěžovat společné části sítě). Na druhé straně je pak úplně jedno, na jakou vzdálenost svoje data přenáší (a u uživatelů s trvalým připojením k Internetu i to, jak dlouho síť skutečně zatěžují nějakými požadavky na přenos dat).

V čem ale je potom hlavní rozdíl, když ve světě spojů platím podle kapacity, kterou dostanu trvale vyhrazenu, a ve světě Internetu platím podle maximální zátěže, kterou mohu způsobit (což je zase jen určitá maximální přenosová kapacita)? Podstatný rozdíl je ve slůvku "mohu" - když v Internetu sám nevyužiji určitou část přenosová kapacity, tato může být využita někým jiným, kdo ji momentálně potřebuje. Takže jednou "půjčím" někomu já, podruhé on mě, a celkově to vychází výrazně laciněji, než ve světě spojů, kde žádné "přepouštění" momentálně nevyužité přenosové kapacity neexistuje.

Garance kvality služeb

Aby byl náš obrázek o rozdílech obou světů úplný, musíme si ještě doplnit několik dalších důležitých faktů, které samozřejmě souvisí i se způsobem zpoplatňování za poskytnuté služby. Veřejná telefonní síť je příkladem sítě, která poskytuje garantované služby - její uživatelé se mohou spolehnout na to, že skutečně dostanou to, za co platí (zejména pokud jde o vyhrazenou přenosovou kapacitu a další vlastnosti přenosových cest). Obecně pak přenosové sítě ze světa spojů dokáží vyhovět různým požadavkům na kvalitu služeb, a to způsobem, který má charakter garantované služby (tj. zaručeno je nejenom průměrné chování, například průměrná odezva či průměrné zpoždění, ale garantován je i nejhorší případ, tedy maximální možné zpoždění, maximální doba odezvy apod.). Naproti tomu v Internetu se vše odehrává bez garancí, na principu "maximální snahy" - pokud je možné nějakému požadavku vyhovět, je mu vyhověno. Pokud mu z objektivních důvodů není možné vyhovět zcela, například proto že momentální souběh všech požadavků převyšuje dostupné možnosti, pak nastupuje již výše popsané "spravedlivé" krácení všech požadavků. Například z pohledu snah o přenos živého hlasu po Internetu (telefonování) je důležité, že Internet negarantuje, za jak dlouho dorazí jednotlivé části zdigitalizovaného hovory na místo svého určení. Dokáže nabídnout pouze určité statistické chování (například to, že data dorazí v průměru za dobu XY), ale ani to nedokáže skutečně garantovat.

ISDN - první pokus o konvergenci

Zřejmě prvním historickým pokusem o konvergenci, neboli o vytvoření jednotné komunikační infrastruktury, byla myšlenka ISDN. Zdůrazněme že "myšlenka", neboli způsob jakým byla tato technologie zpočátku prezentována: jako univerzální řešení všech potřeb světa spojů i světa počítačů. Technologie ISDN nabízí digitální přenosové kanály o kapacitě 64 kbps (s možností agregace, neboli sdružování), a fungující v zásadě na principu přepojování okruhů (tedy se schopností poskytovat garantované služby). Její 64-kilobitové kanály byly světu počítačů prezentovány jako univerzální řešení pro připojování terminálů k hostitelským počítačům - což je skutečně pravda. Dělo se tak ale v době, kdy svět počítačů již byl někde jinde, a měl dosti odlišné potřeby. V době, kdy mu bylo předkládáno ISDN jako univerzální řešení všech jeho potřeb, již svět počítačů nepracoval tolik s terminály a hostitelskými počítači. Místo toho již pracoval s osobními počítači či pracovními staniocemi, a budoval lokální počítačové sítě, nejčastěji na bázi Ethernetu, který nabízel přenosovou rychlost 10 megabitů za sekundu za únosně malých nákladů! Představa, že by svět počítačů přestal používat desetimegabitový Ethernet a přešel na 156-krát pomalejší ISDN, se mu samozřejmě moc nezamlouvala.

Samotná technologie ISDN se tedy jako jednotná komunikační infrastruktura neprosadila. Jako jedna z mnoha existujících technologií jistou dobu spíše živořila ve stínu nezájmu a neschopnosti ji náležitě prosadit do života. Teprve v poslední době technologie ISDN znovu ožívá, a to jako přístupová technologie pro přístup k Internetu.

Na technologii ISDN a snahu prosadit ji jako jednotnou komunikační infrastrukturu je možné se dívat také jako na první pokus, který v zásadě vzal něco ze světa spojů, jen minimálně to upravil podle potřeb světa druhého, a snažil se to vnutit druhému světu jako nejvhodnější univerzální řešení pro oba světy.

ATM - druhý pokus o konvergenci

Druhý pokus už byl výrazně vyváženější, a také souvisí s technologií ISDN. I svět spojů si samozřejmě uvědomil, že 64 kilobitové kanály jsou pro přenos dat žalostně málo, a tak se začalo uvažovat o tom, jak nabídnout více. Jestliže celá koncepce ISDN je postavena na tom, že se pouze "dotáhne" do plně digitální podoby stávající telefonní síť a její přenosové schopnosti se využijí i pro přenos dat, pak při úvahách o dalším zvyšování přenosových kapacit se ukázalo jako nezbytné opustit platformu telefonní sítě a vybudovat zcela nové a mnohem výkonnější "přenosové médium". Tedy vybudovat "zgruntu novou" přenosovou technologii. Tou se nakonec stala technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode).

ATM se mělo stát základem nové generace sítí ISDN, charakteristické většími přenosovými kapacitami. Proto také byla tato nová varianta označována jako tzv. širokopásmové ISDN (B-ISDN, resp. Broadband ISDN). Praktické budování sítí B-ISDN sice dodnes moc nepokročilo, ale zato technologie ATM se dokázala prosadit jako samostatná přenosové technologie bez nutné návaznosti na B-ISDN.

Koncepce technologie ATM přitom ušla mnohem větší kus cesty směrem k zájmům obou světů, tedy jak světa spojů, tak i světa počítačů. Její koncepce, založená na rychlém přepínání velmi malých buněk fixní velikosti (s datovým obsahem 48 bytů), umožňuje realizovat přenosy jak s garantovanou kvalitou služeb, tak i bez ní, s důrazem spíše na efektivnost a možnost sdílení kapacit. Díky tomu koncepce ATM, která vznikla ve světě spojů, našla vcelku kladnou odezvu i ve světě počítačů a jistou dobu se skutečně zdálo, že oba světy ji považují za svou společnou budoucnost.

Dnes je ale situace poněkud jiná. ATM sice nebylo světem počítačů zavrhnuto, ale nadšení pro něj výrazně opadlo. Ukázalo se totiž, že technologie ATM je značně komplikovaná a těžkopádná, její "dotažení do konce", včetně úplné standardizace všech aspektů je hodně zdlouhavé a ještě není zcela dokončené. Také po ekonomické stránce zatím ATM nesplňuje očekávání, protože cena za konkrétní produkty ATM je stále ještě relativně vysoká (resp. ještě neklesla natolik, aby se z ATM stala nejlevnější technologie na trhu). Zdaleka největším oříškem se ale ukazuje být samotná koncepce ATM a její odlišnost od koncepcí jiných přenosových technologií světa počítačů, například Ethernetu. Například jen fakt, že ATM nemá tzv. všesměrové vysílání, značně komplikuje provozování běžných síťových protokolů a služeb nad ATM. Provozovat takovéto protokoly a služby nad ATM je samozřejmě možné, ale vyžaduje to existenci poměrně komplikované nadstavby. Tato nadstavba, fungují např. na bázi LANE (LAN Emulation) či MPOA (Multiprotocol over ATM) přitom má nezanedbatelnou režii, která degraduje celkovou výkonnost ATM (například neexistenci všesměrového vysílání je nutné emulovat postupným individuálním rozesíláním všem jednotlivým příjemcům).

Everything over IP - třetí pokus o konvergenci

Celkově lze říci, že ATM je konvergencí, neboli cestou k univerzální přenosové infrastruktuře, založenou na dokonalosti (a doprovázenou nutnou komplikovaností a těžkopádností). Praxe bohužel ukazuje, že tato cesta je obtížně schůdná, a postup vpřed po ní je značně zdlouhavý. Může se pak snadno stát, že dokonalé řešení je na své cestě k cíli předběhnuto řešením mnohem méně dokonalým, které ale sází na jednoduchost, pružnost a přizpůsobivost. Takovýmto řešením se dnes zdá být řešení pocházející ze světa počítačů, a to technologie TCP/IP.

Technologie TCP/IP vznikla pro potřeby Internetu, a doznala velmi dobrého "propracování" i širokého nasazení - dnes je možné provozovat protokoly TCP/IP snad po čemkoli (po jakékoli fyzické přenosové infrastruktuře). To ostatně bylo i původním záměrem autorů TCP/IP, který lze charakterizovat sloganem "IP nad vším" (kde IP je hlavní přenosový protokol TCP/IP, fungující na síťové vrstvě). Nyní se ale tento charakteristický rys protokolů TCP/IP zajímavým způsobem obrací - nyní je trendem spíše provozování jakýchkoli služeb nad protokoly TCP/IP (tedy vlastně trend, který by bylo možné charakterizovat sloganem "všechno nad IP"). Důvod je jednoduchý: provozovatelé těchto služeb mají eminentní zájem na tom, aby jejich služby fungovaly pokud možno všude, v jakékoli síti, nad jakoukoli přenosovou infrastrukturou. No a tento jejich požadavek lze nejlépe splnit tehdy, pokud jejich služby budou fungovat nad protokoly, které samy mohou "běhat všude".

Jistý problém je samozřejmě v tom, že protokoly TCP/IP, vcelku pochopitelně uzpůsobené potřebám světa počítačů, nemají některé vlastnosti důležité pro služby patřící svým charakterem spíše do světa spojů. Jde hlavně o neexistenci jakékoli garance kvality služeb (či samotného pojmu "kvalita služby", protože TCP/IP v zásadě nabízí všem stejnou kvalitu). Neexistence kvality služeb, resp. neschopnost nabídnout a garantovat určité kvalitativní parametry, pak dosti vadí některým službám - zejména těm, které svou povahou vychází spíše ze svět spojů, jako například multimediální služby spočívající v přenosu zvuku či obrazu. Těmto službám velmi vadí, že protokoly TCP/IP nedokáží garantovat, za jak dlouho dorazí ke svému cíli jednotlivé části dat, tvořících například souvislý "proud". Přenosové sítě na bázi TCP/IP dokáží vyhovět takovýmto požadavkům na rychlost a pravidelnost doručování jednotlivých částí dat pouze statisticky, tedy v průměru, a nikoli garantováním nejhoršího možného případu. Zajímavé ale je, že pokud se zvyšuje celková propustnost TCP/IP sítí, zlepšuje se tím i jejich průměrné chování, a dochází k menšímu rozptylu (méně četnému výskytu nepříznivých situací, zejména zdržení). Lze to vysvětlit tím, že roste rezerva, kterou lze využít v případě že "někde něco nestíhá".

Zmíněné zlepšování průměrného chování, ke kterému dochází se zvyšováním celkové přenosové kapacity, pak dokáže eliminovat původní nevhodnost protokolů TCP/IP pro multimediální přenosy (alespoň z pohledu běžné praxe), a dává plně vyniknout dalším výhodám této technologie - pružnosti, jednoduchosti, nízké finanční náročnosti atd. Zajímavým způsobem se to projevilo právě v případě Internetu jako největší celosvětové počítačové sítě na bázi protokolů TCP/IP: ačkoli dříve to nebylo dost dobře možné, dnes se již dá "po Internetu" i telefonovat. Dokonce se z toho stal i velký trend, a mnohé velké i malé společnosti ze světa spojů začínají skutečně nabízet služby na bázi internetové telefonie. U nás nabízí internetovou telefonii společnost Paegas v rámci své sítě GSM - díky službě Paegas Internet Call můžete z mobilů Paegasu telefonovat do zahraničí prostřednictvím Internetu za příznivější tarify než klasickým způsobem. Právě cenová výhodnost je přitom hlavním důvodem tak velké atraktivnosti internetové telefonie, protože díky zcela jinému ekonomickému modelu fungování Internetu mohou vycházet příslušné náklady výrazně nižší.

Internetovou telefonii je ale dobré chápat jen jako jeden konkrétní projev možnosti provozovat multimediální přenosy nad protokoly TCP/IP. Tato možnost je dnes dostupná obecně všude, kde jsou protokoly TCP/IP provozovány a kde je k dispozici vhodně velká přenosová kapacita - tedy například i v privátních podnikových sítích, které se snaží minimalizovat své náklady na telefonní služby tím, že své interní hovory přenáší "datově" po své interní síti.

Vstříc trendu k provozování hlasových přenosů (ale i obrazových a dalších multimediálních přenosů) nad protokoly TCP/IP samozřejmě vychází vstříc i výrobci nejrůznějších technologií. Již delší dobu nabízí široké spektrum produktů s nálepkou "Voice over IP", které možnosti takovýchto přenosů vychází vstříc. Právě zde je přitom skryt velmi důležitý moment: tyto produkty jsou relativně jednoduché (alespoň ve srovnání s produkty ATM), relativně laciné, a hlavně inkrementálním způsobem navazují na již existující přenosové sítě a aktivní síťové prvky na bázi TCP/IP, které samy o sobě jsou také relativně laciné a dobře dostupné - zprovoznění hlasových přenosů nad již existující TCP/IP infrastrukturou je v zásadě jen otázkou přidání určitých funkcí do koncových uzlů (a event. navýšení dostupné přenosové kapacity), a nikoli otázkou zásadního přebudování celé sítě (tedy zahození všeho stávajícího a zakoupení zcela nového).

Čeká nás úplná konvergence?

O tom, zda technologie TCP/IP a sítě na bázi TCP/IP skutečně převládnou a vytlačí ze scény jiné sítě, tedy zda skutečně dojde ke konvergenci a to právě na bázi TCP/IP, samozřejmě rozhodne teprve čas. Dost pravděpodobné je, že nikdy nedojde ke konvergenci absolutní, v tom smyslu že by lidé skutečně budovali jen jediný druh univerzálních sítí, vhodných pro všechno (ať už založených na jakékoli technologii). Nejspíše vždy bude existovat určitá různorodost v používaných přenosových technologiích, ale zajímavé bude i procentní zastoupení. Tedy to, kterým směrem se začnou naklánět ručičky pomyslných vah. Dnes se zdá, že by to mohla být právě technologie TCP/IP, ale věštit budoucnost je ošemetné - co když se na obzoru objeví něco ještě šikovnějšího, výhodnějšího, zajímavějšího, nebo ještě jinak atraktivnějšího?