Основы построения ТК систем и сетей (Волвенко) / 1_Osnovnye_ponyatia
.pdf
Такая запись означает, что в БПВК включено N ВЛ, каждая на п КИ по r разрядов, и М ИЛ по п r- разрядных КИ. Тогда, например, БПВК некоторых ЦСК имеют параметры: 32/328 х 32/328 и 128/328 х
128/328 в системе «Квант-Е»; 4/1288 х 4/1288 в системе EWSD; 16/76816 х 16/76816 в системе 5ESS2000.
3.1.5 Принципы пакетной коммутации
Как уже отмечалось, быстрая коммутация пакетов пригодна для обслуживания разноскоростных потоков, переносящих любую информацию – от данных до интерактивных телефонных разговоров и качественных программ телевещания. Это позволяет пользователю в каждом сеансе связи получать полосу частот, соответствующую текущей потребности, и оплачивать только реально использованные ресурсы сети. Определение «быстрая» означает, что обеспечиваются скорости передачи более 100 Мбит/с, задержки передачи (без учета времени пакетизирования информации) на уровне нескольких миллисекунд и соответственно быстрое установление виртуальных соединений.
Рис. 16. Основной элемент пакетной коммутации 2x2
Особенности пакетной коммутации вызваны необходимостью самостоятельной маршрутизации каждого пакета с помощью адресной информации, имеющейся в его заголовке. Блок пакетной коммутации (БПкК) можно построить из отдельных коммутационных элементов (КЭ) на n входов и столько же выходов (n х п). В простейшем случае это может быть КЭ 2x2 (рис. 16).
Функции КЭ 2x2 заключаются в направлении пакета, поступившего по любому из двух входов на один из двух выходов. Для этого КЭ анализирует заголовок пакета и образует нужное соединение. В варианте 2x2 при этом достаточно информации одного двоичного разряда – в зависимости от его значения (0 или 1) пакет передается на выход 0 или выход 1. КЭ может выполнять и функции сортировки, передавая пакеты с численно меньшим адресом на верхний выход (рис. 16). В зависимости от конкретного места КЭ в схеме БПкК, он может анализировать разные разряды адреса пакета. Возможны и дополнительные функции КЭ: анализ нескольких разрядов, удаление проанализированного разряда, подсчет пакетов, буферизация пакетов, которые от разных входов направляются к одному выходу. Пример реализации КЭ 2 х 2 на мультиплексорах показан на рис. 17.
Простейший пакетный коммутатор, имеющий минимальное количество КЭ, – это так называемый «баньяновый» коммутатор. Если он создается на КЭ 2 х 2, то при к каскадах имеет п = 2k портов (входов и выходов). Пример коммутатора 8x8 показан на рис. 18 [5]. Принцип самомаршрутизации иллюстрируют штриховые линии, указывающие путь прохождения пакетов с адресами 101 и 010. Независимо от номера входа эти пакеты всегда передаются на соответствующие выходы.
Рис. 17. Пример реализации КЭ 2х2
Рис. 18. Пакетный «баньяновый» коммутатор
Недостаток такого коммутатора – возможность «конфликтов» между пакетами, которые разными путями направляются на один и тот же КЭ. Предотвратить потери пакетов в таких ситуациях, т.е. сделать коммутатор внутренне неблокирующим, можно с помощью буферной памяти в КЭ или работы коммутатора с большей скоростью, чем надо для обслуживания входящих пакетов. Возможна и предварительная сортировка пакетов таким образом, чтобы их пути не пересекались в КЭ. Следующая проблема – снятие блокировки на выходе при одновременном поступлении пакетов разными путями на один и тот же выход (рис. 18). Одно из ее решений – введение фильтрующей схемы – «ловушки» (trap) с функцией выявления пакетов с одинаковыми адресами и направления «лишних» пакетов на схему задержки (на время пакетного цикла), откуда они снова поступают на фильтрацию. Структурная схема БПкК с предварительной сортировкой и фильтрацией дана на рис. 19.
Рис. 19. БПкК с сортировкой и фильтрацией
Рис. 20. Трехкаскадный коммутатор 16х16
Рис. 21. Обобщенная структура БПкК
Возможно и иное решение: анализ адресов в КЭ и, при их совпадении, передача одного из пакетов на выходной порт и запрос по цепи обратной связи повторной передачи второго пакета из входного буфера. Обратная связь усложняет КЭ 2 х 2 в сравнении с рис. 17. Блокировку выходов в БПкК можно также ликвидировать за счет выделения одному терминалу нескольких выходных портов, но это резко увеличивает число КЭ и, как правило, непрактично.
Если емкости КЭ в коммутаторе больше, чем 2 x 2 , между любым входом и выходом существует несколько путей, поэтому предварительная сортировка пакетов не требуется. На рис. 20 дан пример
схемы 16 х 16 на неблокируемых КЭ 4 х 4, в которой каждый КЭ имеет буфер для каждого входа, принимает и коммутирует пакеты в асинхронном режиме. Штриховые линии показывают четыре возможные пути передачи пакетов между входом и выходом.
Обобщенная структура БПкК дана на рис. 21. Любая входящая и исходящая линия оборудуется собственным контроллером (ВК и ИК), обеспечивающим анализ и трансляцию заголовков, буферное хранение и передачу пакетов. Главный процессор управляет коммутатором и контроллерами.