Коммутация в сетях с использованием асинхронного метода переноса и доставки 
роблема, связанная с таким вариантом конструкции многокаскадного коммутатора с пространственным разделением, имеет два аспекта:o во-первых, требуемое число переключателей равно 2N2-N, т.е. почти вдвое больше количества элементов в коммутаторе матричного типа;o во-вторых, требуется N промежуточных буферов и N2 соединений между разветвителем и концентратором.Однако в каждом временном интервале для передачи одного пакета с входа на выход требуются не все переключатели, имеющиеся в дереве. Возможно совместное использование переключателей несколькими разетвителями. Путем добавления пар входных каналов к уже имеющейся структуре можно соединить между собой N входов и N выходов, используя только (N / 2)log2 N элементарных двоичных переключателей.У конструкции коммутатора с пространственным разделением и числом элементов (N / 2)log2 N существует два интересных свойства [1,4]:- первое - это сокращение общего числа переключателей;- второе - возможность возникновения внутренних конфликтов.При этом возникновение внутренних конфликтов будет иметь место не только в случае, когда на переключатель поступают два пакета, которые должны быть направлены на один и тот же выход, но внутренние конфликты могут возникать и в случаях, когда пакеты не предназначены для одного и того же выходного порта.Существует очень большое количество разнообразных многокаскадных структур. За последние два десятка лет специалисты разных стран проводили исследования многокаскадных коммутационных структур и наработали комплекс типовых решений, актуальных на сегодняшний день.Однако, независимо от конкретной разновидности все NN многоканальные структуры обладают следующими основными свойствами:o существует единственный путь, соединяющий входной канал с выходным;o установление соединений может быть осуществлено децентрализовано с использованием процедуры самомаршрутизации;o во всех сетях возможно одновременное установление не более N соединений;o структура сети является регулярной, что удобно для реализации на СБИС;o структура является модульной, что позволяет строить большие сети без необходимости модификации физической компоновки или алгоритмов.Основной недостаток такой структуры заключается в наличии внутренних блокировок, что снижает пропускную способность коммутатора.Основными способами преодоления внутренних блокировок, повышения пропускной способности коммутатора и уменьшения потерь пакетов являются [8,9]:o размещение в местах возникновения конфликтов буферов, т.е. использование буферизованной Баньяновидной структуры;o использование входной буферизации и блокировки ячеек на входе с помощью управляющих сигналов, формируемых при возникновении конфликта;o использование входной буферизации в сочетании с сортировкой входных пакетов с целью устранения выходных конфликтов и перехода к перестановкам, при которых гарантируется отсутствие конфликтов;o параллельное, или тандемное, использование группы Баньяновидных соединительных сетей, что увеличивает число возможных путей между входами и выходами и в пределе позволяет получить характеристики соответствующей выходной буферизации.1.9 БУФЕРИЗОВАННАЯ БАНЬЯНОВИДНАЯ СТРУКТУРА КОММУТАТОРА ATMПри буферизованной Баньяновидной структуре коммутатора ATM на входе каждого коммутатора помещается буфер [9]. Однако, буферизация в Баньяновидной сети решает проблему внутренних конфликтов только тогда, когда эти конфликты не существуют в одних и тех же переключателях в течение длительного времени (как, например, в случае группирующегося трафика с большой длиной пачек).Может быть предложено два способа для уменьшения потерь ячеек при передаче пачечного трафика. Первый способ состоит в увеличении скорости работы внутренних соединений по сравнению с внешними каналами. Второй способ заключается в рандомизации входного трафика по разным входам, чтобы распределить его по всей коммутационной сети и тем самым устранить эффект пачечного трафика. Для этого перед коммутационным полем ставится распределительная сеть. Эта сеть также является Баньяновидной, но пакеты в ее переключателях поочередно направляются на оба выхода. При этом адресная информация игнорируется. Кроме того, если один или два порта блокированы, то пакеты передаются на первый освободившийся порт.1.10 БАНЬЯНОВИДНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ СТРУКТУРА БАТЧЕРАВ Баньяновидной коммутационной структуре Батчера ячейки вначале поступают на сортировщик Батчера, в котором они сортируются (расставляются) в соответствии со своими адресами [7,9,10]. В этом случае при их направлении в Баньяновидную сеть с самомаршрутизацией внутренних конфликтов быть не должно. Однако могут быть выходные конфликты между пакетами, которые направляются на один и тот же выход. Для преодоления выходных конфликтов сортировщик Батчера дополняются специальной сетью - "ловушкой", которая распознает запросы одного и того же порта на выходе сортировщика путем сравнения адресных запросов и оставляет во всех кратных адресных запросах лишь первые.Пакеты, которые не были пропущены "ловушкой" в коммутационную сеть, возвращаются через рециркулятор в коммутационную структуру в последующие возможные интервалы. Для этой цели специально отводится некоторое число М входных портов, что уменьшает количество входов-выходов N, обслуживаемых коммутатором ATM.Баньяновидная коммутационная структура Батчера использовалась при разработке коммутатора Starlite в AT&T Bell Laboratories, а также коммутатора Sunshine в Bell Communications Research.1.11 МНОГОКАСКАДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С ПОЛНОДОСТУПНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕММногокаскадные сети могут быть использованы для избежания помех, которые происходят в однокаскадных сетях [10,11,12]. Многокаскадные сети строятся на основе нескольких каскадов, соединенных между собойопределенными звеновыми структурами. В соответствии с качеством данных структур, позволяющих достичь необходимый выход из данного входа, такие сети делят на 2 группы: однонаправленные и многонаправленные сети.1.12 КОММУТАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ДВУМЯ КАСКАДАМИМодель коммутационной системы с двумя каскадами, представленная в рисунке 1, включает r1 матрицы nr2 в первом каскаде и r2 матрицы r1m во втором каскаде [10,12]. Эта система ясно имеет полный доступ, но в то же самое время блокируется. Фактически, если мы выбираем пару произвольных матриц Ai и Bj, в первом каскаде Ai и втором каскаде Bj, то получаем, что не более, чем одно подключение между n входами и m выходами может быть установлено в данное время. Так как этот предел возникает из-за одиночной связи между матрицами, то не блокирующая полнодоступная сеть с двумя каскадами может быть легко получена, если должным образом будет расширено межкаскадное проключение, которое обеспечивает d связей между любой парой матриц в двух каскадах (рисунок 1.6).Минимальный фактор расширения, требуемый в не блокируемой сети равен: d = min(n,m), так как не более min(n,m), проключений может быть установлено между Аi и Bj одновременно. Рисунок 1.6 - Двух каскадная полнодоступная коммутационная системаСтоимость не блокирующей коммутационной системы с двумя каскадами очевидно в d раз больше стоимости не расширенной системы с двумя каскадами [12].1.13 КОММУТАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ТРЕМЯ КАСКАДАМИОбщая схема системы с тремя каскадами представлена на рисунке 1.7 на котором, как обычно, n и m обозначают число входов и выходов первого -(A) и третьего - (С) каскада матрицы, соответственно [11,12]. Адаптация трех каскадов в многоступенчатую сеть, представляет очень важную особенность: различные пути ввода - вывода доступны между любой парой матриц и каждый путь использует различные матрицы во втором каскаде (B). Два пути ввода - вывода могут совместно использовать межкаскадные связи, то есть когда эти два входа (выхода) принадлежат той же самый А (С) матрице. Поэтому, подходящий алгоритм управления для сети требуется, чтобы устанавливаемый путь ввода - вывода для новых проключений, не затронул уже существующие проключения ввода-вывода. Рисунок 1.7 - Трех каскадная полнодоступная коммутационная система Для получения наиболее общего результата относительно не блокируемой полнодоступной системы с тремя каскадами желательно будет рассмотреть схему Клоза [8,9]. В качестве примера на рисунке 1.8 представлена трехкаскадная сеть Клоза (N,n,m), применяемая в коммутаторах FETEX-150 компании Fujitsu и АТОМ фирмы NEC. Рисунок 1.8- Система Клоза (N,n,m) Первый каскад содержит N/n коммутационных модулей размером nm, второй -- m модулей размером N/nN/n; последний каскад тоже имеет N/n модулей размера nm. Поскольку данная конфигурация обеспечивает m различных путей между каждой парой «вход--выход», распределение трафика может быть сбалансировано. Исходная последовательность ячеек должна восстанавливаться на выходах, так как в пределах коммутационного поля каждая ячейка передается независимо от других. В процессе формирования соединения обычно выбирается наименее загруженный путь, если же сеть перегружена, новый запрос не принимается. Сеть Клоза является строго не блокирующей, если в ней всегда существует доступный путь между любыми свободными входным и выходным портами -- независимо от наличия других соединений в сети. Поскольку в сетях ATM ширина полосы частот, используемой соединением, может изменяться во времени, то определение условий отсутствия блокировки является нетривиальной задачей [13]. Производительность сети Клоза увеличится, если внутренние соединения будут иметь большую скорость, чем порты. В этом случае необходимо уделить внимание выбору размеров буферов последнего каскада, где возникает больше всего очередей [8,9]. Использование принципа выходной буферизации для сетей Клоза позволяет оптимизировать производительность, например, за счет удачного выбора параметра т. Обычно при достаточно больших значениях m вероятность одновременного поступления более m ячеек на один и тот же модуль последнего каскада не превосходит заданной вероятности. Совершенно иной подход заключается в нахождении оптимального способа разделения большого коммутационного поля NN на небольшие модули. При этом множество N входов распадается на К подмножеств с мультиплексированием К выходов, каждое из которых управляется N2/K коммутационными модулями. В таком случае небольшие коммутационные модули могут быть реализованы в виде сортирующих сетей Батчера, расширенных сетей или параллельных Баньяновидных плоскостей [12,14]. 2. КОММУТАЦИЯ В СЕТЯХ АТМ2.1 ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОММУТАТОРОВТехнология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) наилучшим образом подходит для построения широкополосных цифровых сетей с интеграцией служб (Broadband Integrated Services Digital Network, B-ISDN) и предоставления всевозможных услуг. Как известно, по сетям ATM данные передаются в пакетах фиксированной длины (ячейках), содержащих заголовок из пяти байт и информационное поле длиной 48 байт. Поскольку вопросы коммутации в таких сетях стандартами практически не регламентируются, производители соответствующего оборудования используют в нем разнообразные технологические подходы [1,2].Главной задачей, при разработки ATM-коммутатора, является увеличение пропускной способности и улучшение других характеристик данного оборудования и сети ATM в целом. ATM-коммутация отличается от традиционной использованием высокоскоростных интерфейсов, причем производительность внутренней коммутационной матрицы может достигать десятков гигабит в секунду. Кроме того, необходимо обеспечить возможность статистического мультиплексирования потоков, проходящих через коммутационные системные модули. Наконец, передача различных видов трафика с несхожими требованиями к количественным характеристикам функционирования сети (доля потерянных ячеек, допустимый процент ошибок, время задержки) сама по себе является непростой задачей.Чтобы удовлетворять всем указанным критериям, АТМ-коммутаторы должны значительно отличаться от традиционных устройств. Функции коммутационной системы ATM не ограничиваются буферизацией и маршрутизацией ячеек. Такая система представляет собой сложную структуру, состоящую из нескольких интегрированных модулей, которая способна не только передавать ячейки, но и управлять трафиком, отдельными соединениями и сетью в целом.2.2 ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ФУНКЦИЙATM-коммутатор располагает множеством входных и выходных портов, обеспечивающих связь с серверами и клиентскими станциями, а также с другими коммутаторами и сетевыми элементами [5,8,9]. Он может иметь дополнительные интерфейсы для обмена управляющей информацией со специализированными сетями. Теоретически коммутатор представляет собой интегрированное устройство, предназначенное для передачи ячеек, реализации процедур управления соединениями и администрирования. На практике он выполняет и некоторые функции межсетевого взаимодействия в целях поддержания ряда услуг, таких как коммутируемая мультимегабитная служба передачи данных (Switched Multi-megabit Data Service, SMDS) и служба ретрансляции кадров (frame relay).2.3 ПЛОСКОСТЬ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯОсновная функция ATM-коммутатора заключается в передаче ячеек данных со входных портов на выходные. Коммутатор анализирует лишь заголовки ячеек, для их содержимого он является прозрачным. Сразу после поступления ячейки через входной порт осуществляется обработка содержащейся в ней информации об идентификаторах виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI) и виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), которая необходима для пересылки ячейки на соответствующий выходной порт. Эта процедура реализуется следующими функциональными блоками:o модулем поступления на входной порт;o коммутационным полем (иногда называемым коммутационной матрицей), которое фактически выполняет маршрутизацию внутри коммутатора;o модулем передачи из выходного порта.2.4 ПЛОСКОСТЬ УПРАВЛЕНИЯЭтот функциональный компонент обеспечивает установление соединений виртуальных каналов и виртуальных путей (Virtual Path Connection/Virtual Channel Connection, VPC/VCC), а также управление ими. В отличие от ячеек данных, содержимое управляющих ячеек передается непрозрачно [2]. Коммутатор идентифицирует ячейки сигнализации и даже сам генерирует их. Процедура управления установлением соединения (Connection Admission Control, CAC) включает в себя основные функции сигнализации. Сигнальная информация передается через сеть сигнализации, например основанную на ОКС 7, либо проходит (хотя может и не иметь этой возможности) через поле коммутации ячеек, а затем попадает в сеть ATM.2.5 ПЛОСКОСТЬ АДМИНИСТРИРОВАНИЯДанный компонент осуществляет мониторинг сети, что позволяет обеспечить ее устойчивую и эффективную работу. Соответствующие операции могут быть подразделены на функции управления неисправностями, конфигурацией, защитой, учетом ресурсов и трафиком, которые реализуются во взаимодействии с плоскостью управления (модулем управления коммутатором). Плоскость администрирования отвечает за поддержку процедур уровня ATM, относящихся к эксплуатации и техническому обслуживанию (Operations, Administration and Maintenance, OAM), с чьей помощью идентифицируются и обрабатываются ячейки ОАМ. Последние проходят (а иногда, подобно сигнальным ячейкам, не проходят) через поле коммутации ячеек [2,11,13].Кроме того, эта плоскость поддерживает промежуточный интерфейс локального управления (Interim Local Management Interface, ГЬМГ) интерфейса «пользователь -- сеть» (User-Network Interface, UNI). Для каждого UNI в ней содержится объект администрирования (UME), который может использовать, например, популярный протокол управления Simple Network Management Protocol (SNMP).2.6 ФУНКЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ТРАФИКОМКоммутационная система способна поддерживать процедуры управления установлением соединения, параметрами использования (Usage Parameters Control, UPC) и параметрами сети (Network Parameters Control, NPC), а также контроль за перегрузками. Чаше всего функции. UPC/NPC осуществляются входными модулями, а функции контроля за перегрузками -- модулем управления коммутатором, в то-время как специальные операции управления буферами (распределение ячеек по буферам, отказ от них и др.) контролируются модулем управления коммутатором, но исполняются внутри поля коммутации ячеек, к которому относятся и буферы [8].2.7 ОБЩАЯ АРХИТЕКТУРА КОММУТАТОРАЧтобы упростить описание различных схем работы АТМ-коммутатора, сначала кратко рассмотрим его функциональные блоки (рисунок 1) -- входные (Input Module, ГМ) и выходные (Output Module, ОМ) модули, поле коммутации ячеек, модули контроля за установлением соединений (САС) и управления коммутатором (Switch Management, SM) [8,9].
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|
|
