Методы коммутации

Распределённое связующее дерево (остовной граф).

Чтобы предотвратить создание бесконечных циклов в сети, соединённой мостами, нельзя допускать одновременного возникновения следующих условий:

1. Все мосты перенаправляют фреймы.

2. Имеется цикл сегментов, соединённых мостами.

На практике предотвращение случайного создания циклов в большой, соединённой мостами, сети, которая охватывает всю организацию, может оказаться очень сложным. Более того, организация иногда устанавливает в сети дополнительные мосты для уменьшения восприимчивости сети к отказам, в результате чего могут возникать циклы. Поэтому для предотвращения появления циклов в сети, соединённой мостами, некоторые мосты не должны перенаправлять фреймы. Схема, которая предотвращает возникновение циклов в сети, соединённой мостами реализуется автоматически.

Можно установить мосты в сети произвольной конфигурации и обеспечить их нормальную работу без определения вручную того, какие мосты должны перенаправлять широковещательные пакеты, а какие не должны. При этом мосты настраиваются автоматически (сами). При этом мосты используют алгоритм распределённого связующего дерева (DST). И этот алгоритм определяет, какие мосты не должны перенаправлять фреймы. Мост не перенаправляет фрейм, если обнаруживает, что сегмент, к которому он подключён, содержит мост, который передаёт фреймы. После завершения вычислений по DST, мосты образуют широковещательный граф, не содержащий циклов (дерево).

29.11.02

Виды коммутации
Одноуровневая (N=1)	Двухуровневая (N=2)	Трёхуровневая (N=3)	Семиуровневая (N=7)
Коммутация каналов	Интегральная коммутация	Коммутация пакетов	Коммутация сообщений
Узел коммутации каналов	Узел интегральной коммутации	Узел коммутации пакетов	Узел коммутации сообщений

Порядок появления видов коммутации:

t

Ключевым понятием разнообразных технологий передачи данных является коммутация (switching). Коммутация – метод выбора направления передачи данных. Коммутация является основой технологии сети с маршрутизацией данных (сети с селекцией данных). Простейшие локальные сети на основе технологии Ethernet, то есть локальные сети, в которых отсутствуют маршрутизаторы.

В зависимости от задач, поставленных перед коммуникационной сетью, используют несколько видов коммутаций, представленных на рисунке. Каждый метод определяется различным количество уровней моделей взаимодействия открытых систем, и в зависимости от метода коммутации число уровней изменяется от одного до семи.

Ядром, осуществляющим маршрутизацию, являются N-процессы:

Абонентская Абонентская

система A система B

Прикладные Ретрансляционная система Прикладные

Процессы (коммутатор) процессы

× × × × × ×

......

Коммутацияканалов связана с предоставлением на время сеанса последовательности каналов, соединяющих пары абонентских систем друг с другом. В данном случае N=1 и коммутация выполняется во всех ретрансляционных системах физическими процессами, опирающимися на физический уровень этих систем. В результате этого последовательность каналов соединяется в единый канал, проходящий через всю коммутационную сеть. То есть в данном случае не осуществляется буферизации данных.

Модель коммутации каналов:

Абонентская Абонентская

система А система В

каналы каналы каналы

Коммутациясообщений.

Используя семиуровневую иерархию протоколов, обеспечивает передачу сообщений с промежуточными сборкой, хранением и разборкой в узлах коммутации. N=7 и каждый узел коммутации принимает по частям сообщение, собирает его, записывает в память, проверяет наличие ошибок в сообщении и лишь затем передаёт его, естественно, разбивая на части, следующему узлу.

Необходимость в большой памяти и относительно медленная передача данных привели к тому, что коммутация сообщений в большинстве сетей заменена другими видами коммутации.

Модель коммутации сообщений:

Абонентская Абонентская

система А система В

Коммутацияпакетов обеспечивает передачу пакетов из одного канала в другой, подключаясь к этому узлу коммутации. Пары каналов на время сеанса в единое целое не соединяются. В каждом случае сообщение в узлах коммутации не собирается и не разбирается. N=3. Коммутация осуществляется сетевыми процессами, опирающимися на функции физического, канального и сетевого уровней. Коммутация осуществляется с использованием концепции буферизации.

Модель коммутации пакетов:

Абонентская Абонентская

система А система В

Интегральнаякоммутация – это универсальный пакетно-ориентированный метод коммутации. В рассматриваемой технологии произошла интеграция коммутации пакетов и каналов. То есть появился единый способ передачи блоков данных. Хранение информации в промежуточных узлах не происходит, то есть информация в непрерывном режиме ретранслируется. В качестве примера реальных сетевых технологий с интегральной коммутацией можно назвать: Frame Relay, ATM, которые в той или иной степени используют идеи интегральной коммутации.

Модель интегральной коммутации:

Абонентская Абонентская

система А система В

Необходимость увеличения пропускной способности коммуникационной сети приводит к изменениям в технологиях коммутации данных. В соответствии с этим используется коммутация пакетов, каналов, ретрансляция фреймов, ячеек. Абонентские системы, в том числе и рабочие станции, всё чаще подключаются к локальным сетям, а не непосредственно к территориальным коммуникационным сетям.

Учрежденческие коммутаторы (РВХ) также постепенно заменяются локальными сетями. Ретрансляция ячеек используется в технологии ATM. Технология ATM совмещает в себе коммуникацию пакетов и коммуникацию каналов. От первой технологии (коммутации пакетов) ATM взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от коммутации каналов – использование пакетов (ячеек) небольшого фиксированного размера (53 байта):

В результате этого задержки в сети становятся более предсказуемыми.

6.12.02 Коммутация каналов.

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединённых отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой – коммутаторами, которые могут устанавливать связь между любыми конечными узлами сети.

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создаётся составной канал. Компьютеры, а также соединяющие их каналы должны обеспечить одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого такие каналы (соединяющие коммутаторы) должны быть высокоскоростными и поддерживать какой-нибудь способ мультиплексирования абонентских каналов.

– абонентский канал

– высокоскоростной канал

В настоящее время для мультиплексирования абонентских каналов используется два основных метода:

1. Способ частотного мультиплексирования (FDM).

2. Способ мультиплексирования с разделением времени (TDM).

Напоминание: способ FDM использует аналоговые схемы, они имеют море недостатков из-за помех. В TDM используются цифровые схемы уплотнения.

Коммутация на основе техники разделения частот разрабатывалась в расчёте на передачу непрерывных сигналов, представляющих голос. При переходе к цифровой форме представления голоса была разработана новая техника мультиплексирования, ориентированная на дискретный характер передаваемых данных. Эта техника носит название TDM. Реже используется и другое название: техника синхронного режима передачи (STM).

Аппаратура TDM-сетей – мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры – работает в режиме разделения времени, поочерёдно обслуживая в течение цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл работы оборудования TDM равен 125 мкс, что соответствует периоду следования замеров голоса в цифровом абонентском канале. Это означает, что мультиплексор или коммутатор успевает вовремя обслужить любой абонентский канал и передать его очередной замер далее по сети. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый time-slot’ом. Длительность time-slot’а зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых мультиплексором или коммутатором.

Мультиплексор принимает информацию от N входящих абонентов по N входным каналам. Каждый абонент передаёт данные по абонентскому каналу со скоростью 64 Кбит/сек (то есть 1 байт/125 мкс).

Коммутация каналов на основе разделения времени

В каждом цикле мультиплексор выполнят следующие действия:

1. Приём от каждого абонента канала очередного байта данных.

2. Составление из принятых байтов уплотнённого фрейма, называемого также обоймой.

3. Передача уплотнённого фрейма на выходной канал с битовой скоростью, равной N*64 Кбит/сек.

Порядок байт в обойме соответствует номеру входного канала, от которого этот байт получен. Количество обслуживаемых мультиплексоров абонентских каналов зависит от их быстродействия.

Мультиплексор канала Т1 представляет собой первый промышленный мультиплексор, работающий по технологии TDM, поддерживает N абонентских каналов, причём max N=24.

Демультиплексор TDM выполняет обратную задачу, то есть он разбивает байты уплотнённого фрейма и распределяет их по своим выходным каналам. При этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала, куда этот байт следует отправить.

Коммутатор принимает уплотнённый фрейм по скоростному каналу от мультиплексора и записывает каждый байт из этого фрейма в отдельную ячейку своей буферной памяти. Причём в том порядке, в котором эти байты были упакованы в обойму.

Для выполнения операции коммутации, байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в том порядке, который соответствует поддерживаемым в сети соединениям абонентов. Перемешивая нужным образом байты в обойме, коммутатор обеспечивает соединение конечных абонентов в сети.

Однажды выделенный номер time-slot’а остаётся в распоряжении соединения (входной абонентский канал ¬® выходной абонентский канал) в течение всего времени существования соединения. И даже если передаваемый трафик является пульсирующим и не всегда требует соответствующего time-slot’а, перераспределение не выполняется. Это означает, что соединение в сети TDM всегда обладает известной и фиксированной пропускной способностью, кратной 64 Кбит/сек.

Работа оборудования сети TDM напоминает работу сети с коммутацией пакетов, так как каждый байт данных можно считать элементарным пакетом. Однако, в отличии от пакета компьютерной сети, пакет сети TDM не имеет индивидуального адреса. Его адресом является порядковый номер в обойме или номер выделенного time-slot’а в мультиплексоре или коммутаторе. Поэтому сети, использующие технику TDM, требуют синхронной работы всего оборудования, что и определило второе название этой технологии: синхронный режим передачи (STM). Нарушение синхронности разрушает требуемую коммутацию абонентов, так как при этом теряется адресная информация. Поэтому перераспределение time-slot’ов между различными абонентскими каналами в оборудовании TDM невозможно, даже если в каком-либо цикле работы мультиплексора time-slot одного из каналов не используется, то есть от этого абонента не поступила информация для передачи.

Существует модификация техники TDM, называемая статистическим распределением канала во времени (STDM). Эта техника разработана специально для того, чтобы с помощью временно свободных time-slot’ов одного канала можно было увеличить пропускную способность остальных. Для решения этой задачи каждый байт данных дописывается полем адреса небольшой длины (4, 5 бит), что позволяет мультиплексировать 16 или 32 канала. Однако техника STDM не нашла широкого применения и используется, в основном, в нестандартном оборудовании подключения терминалов и main frame’ов (IBM).

Развитием идей статистического мультиплексирования стала технология асинхронного режима передачи (ATM), которая вобрала в себя лучшие черты техники коммутации каналов и пакетов.

Сети TDM могут поддерживать либо режим динамической коммутации, либо режим постоянной коммутации, а иногда и оба этих режима. Например, основным режимом цифровых телефонных сетей, работающих на основе технологий TDM, является динамическая коммутация, но они поддерживают также и постоянную коммутацию, предоставляя своим абонентам службу выделенных каналов.

На сегодня практически все данные (голос, изображение, компьютерные данные) передаются в цифровой форме. Поэтому выделенные каналы TDM-технологии являются универсальными каналами для построения сетей любого типа (телефонных, телевизионных, компьютерных).

Дата добавления: 2014-01-06