Слайд 1 Раздел 2. Компьютерные сети и телекоммуникации Тема 4. Технологии в телекоммуникационных системах Лекции 9: МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ И СЕТЯХ Содержание: 1. Методы коммутации в У-ЦСИО Метод коммутации каналов Метод коммутации пакетов Совместная коммутация каналов и пакетов 2. Метод коммутации в Ш-ЦСИО – быстрая коммутация пакетов Структура УК при быстрой коммутации пакетов 3. Поколения метода коммутации пакетов

1. Методы коммутации в У-ЦСИО коммутация каналов КК; коммутация пакетов КП; совместная КК и КП Метод коммутации каналов Фазы коммутации: - поиск и коммутация каналов для пути передачи информации; - передача информации; -разрыв соединения. Для реализации первой фазы необходимо иметь возможность перестановки ИКМ сигналов (т.е. 8-битных импульсов) как в пространстве, так и во времени (т.е переходить из одного временного интервала в любой другой).

А. Пространственный принцип построения КБ Каналы входящей уплотненной линии (ВУЛ) соединяются в одной и той же временной позиции с каналами исходящей уплотненной линии (ИУЛ).

Недостаток: В процессе коммутации нет возможности изменять временную позицию.

Б. Временной принцип построения КБ Позволяет коммутировать каналы в разные временные интервалы Этапы основных операций: 1. Запись 8-разрадного кодового слова в вспомогательную ячейку (ВЯ) памяти. 2. Последовательная запись, в соответствии с временными позициями, поступающих кодовых слов в БЗУ (в соответствии с номером канала в ВУЛ с помощью сигнала «Адрес» - циклическая запись). 3. Считывание информации в ИУЛ с помощью управляющего запоминающего устройства (УЗУ). В интервале времени, отводимом на один канал, проводится одна запись и одно считывание. В первой половине проводится запись информации из ВУЛ в БЗУ, а во второй – считывание цифровой информации из БЗУ в ИУЛ. Недостаток: При больший размерах – увеличивается временная задержка.

В. Многокаскадные коммутационные блоки (поля) ВПрВ Позволяют снять указанные выше ограничения. В этом случае на первом каскаде используется коммутация типа В, на втором типа Пр и на третьем типа В.

1.2. Метод коммутации пакетов Этапы метода коммутации пакетов (сообщений): 1.- Передача (прием) пакета следующему на пути к адресату узлу коммутации. - Контроль качества приема и выдача подтверждения отправителю. - помещение пакета в БЗУ следующего узла и стирание пакета в БЗУ предыдущего (в пути) узла. 2. Ожидание пакетом в очереди момента дальнейшей передачи. 3. Изъятие из очереди и передача пакета следующему узлу.

А. Первая модификация КП – датаграммный режим передачи пакетов Пакеты, как и телеграммы в телеграфной сети, в виде датаграмм посылаются источником потребителю без предварительного уведомления его о такой передаче. Пакеты одного и того же сообщения могут передаваться по различным маршрутам. Фаза поиска пути передачи информации совпадает с фазой передачи информации. Достоинства: высокая степень использования линий связи, малое время передачи сообщения за счет параллельной передачи пакетов. Недостатки: - из-за передачи пакетов по различным путям в АП пакеты могут прийти не в той последовательности, в которой они были переданы;. - так как у адресата не резервируется память для приема сообщения, то может оказаться, что он не сможет принять все пакеты сообщения. Это может привести к перегрузке памяти УК (подключенного к адресату). В результате некоторые пакеты будут блокированы в сети и не смогут достичь адресата. - на сети возможны так называемые тупиковые ситуации (например, из-за переполнения ЗУ промежуточных узлов). В результате сеть перегружается, в ней непрерывно циркулируют пакеты, но ни один из них не передается потребителю и сеть не принимает новых пакетов. Время передачи пакетов по сети в большой степени зависит от ее загрузки и наличия на ней тупиковых состояний.

Б. Вторая модификация КП – КП с виртуальным вызовом 1. Перед тем как передать пакеты сообщения в сеть связи отправитель посылает специальный пакет (пакет виртуального вызова) с информацией о намерении передачи данному адресату сообщения с указанием его величины. 2. Получив пакет виртуального вызова, адресат резервирует для приема данного сообщения необходимый объем памяти и посылает ответный пакет отправителю о согласии приема сообщения. 3. После поступления ответного пакета последний начинает сеанс связи по передаче пакетов этого сообщения. При датаграммном режиме передачи пакетов с виртуальным вызовом устраняется второй недостаток, что приводит к уменьшению вероятности перегрузки сети и, следовательно, уменьшению вероятности возникновения тупиковых состояний.

В. Третья модификация КП – КП с установлением виртуального канала Резервируются ресурсы не только адресата, но и фиксируется маршрут передачи пакета одного и того же сообщения, т.е. пакеты передаваемые в течение одного сеанса связи, передаются по одному и тому же маршруту. Достоинства: - Значительно уменьшается вероятность нарушения последовательности прихода в пункт назначения пакетов. - Практически полностью устраняется возможность появления так называемых «петель». - Значительно облегчается борьба с перегрузками в сети, которые приводят к тупиковым состояниям, например, ограничивая число устанавливаемых виртуальных каналов в ЛС. Недостатки: - Из-за того, что ресурсы в линии и в УК не закрепляются за виртуальным каналом, остается достаточно большая вероятность прихода пакетов адресату в перепутанной последовательности. - Задержка в передаче пакетов в большой степени зависит от загрузки сети, так как в период перегрузки из-за отсутствия ресурсов памяти на УКi очередной пакет не может быть принят этим УКi и будет ожидать на предыдущем УКi-1 освобождения памяти в УКi.

Г. Четвертая модификация КП – КП с виртуальными соединениями Во время прохождения по сети пакета виртуального вызова при установлении виртуального канала резервируются ресурсы (память) промежуточных УК для приема следующих друг за другом пакетов одного и того же сообщения. Метод близок по организации связи к методу КК. Действительно, если принять, что при вызове будут зарезервированы и временные интервалы в транзитных узлах для передачи пакетов, то КП превратится в аналог КК. Различие будет состоять лишь в размерах пакета и 8-разрядного кода ИКМ и в способе коррекции ошибок, возникающих при передаче по сети пакетов. В сети КК проверка правильности передачи данных и коррекция возникающих ошибок осуществляются обычно на входящем конце, а в сети КП на каждом транзитном УК, причем с повторной посылкой пакета с предыдущего УК в случае обнаружения ошибки.

1.3. Совместная коммутация каналов и пакетов Цикл дискретизации при ИКМ, т.е. пропускная способность линии связи, делится на две области (рис. 6). При этом m временных интервалов в каждом кадре отводится для временных каналов, а оставшаяся часть для передачи пакетов трех сообщений. А. Гибридная коммутация.

Б. Адаптивная коммутация основана на идее статистического уплотнения, занятого соединением в режиме КК канала пакетами в паузах между передачей данных или при разговоре. Может быть значительно повышена пропускная способность линии связи (доля пауз при передаче речи составляет примерно 60%, а при диалоговой связи человека с ЭВМ она может превышать 90%.) В. Смешанная коммутация каналов и пакетов (СмККП). На УК происходит установление канала при передаче информации как методом КК, так и методом КП. В отличие от метода КК в СмККП установление канала в УК от входа к выходу происходит не на время сеанса связи, а лишь на время передачи пакета. На время сеанса связи для передачи пакетов устанавливается виртуальный канал, как и на сети КП, т.е. фактически выбирается лишь путь передачи пакетов.

2. Метод коммутации в Ш-ЦСИО – быстрая коммутация пакетов Метод быстрой коммутации пакетов (БКП) в УК не предусматривается обнаружение ошибок, что значительно упрощает процесс обработки пакетов. Метод БКП может использоваться в УК как с электронными, так и с оптическими коммутаторами. При БКП ячейка, поступившая с линии на вход коммутационной системы, характеризуется номером входного демультиплексора и номером виртуального канала на данном демультиплексоре. Ячейка, дополненная заголовком, называется БП. При БКП выполняются две основные функции: 1)мультиплексорная коммутация, т.е. передача БП с входного демультиплексора в выходной мультиплексор (коммутация типа М); 2) маркировочная коммутация, при которой происходит изменение (модификация) номера виртуального канала во входящей линии связи (ВЛС) на новый номер виртуального канала в исходящей линии связи (коммутация типа L).

Например, в i-й входящей в УК линии связи (ВЛСi) m-e виртуальное соединение (ВСm) проходит по i-му виртуальному каналу (BKir) в ВЛСi, а в j-й исходящей линии связи (ИЛСj) данное ВСm проходит по ВКjl, (рис.7). Эти две функции БКП могут быть сравнимы соответственно с пространственным и временным методами коммутации в УК с синхронным временным разделением каналов.

Особенности быстрой коммутации пакетов Мультиплексорная коммутация (коммутация типа М) представляет собой пространственную коммутацию между входными демультиплексорами и выходными мультиплексорами, осуществляемую в пространственном коммутаторе (К), но в отличие от простой пространственной коммутации требуется на каждом входе иметь буферное запоминающее устройство (БЗУ). Это связано с необходимостью разнесения во времени БП, одновременно поступивших на различные входы и требующих передачи на один и тот же выход, т.е. с необходимостью устранения конфликтов БП. Для согласования скорости поступления БП на вход мультиплексора со скоростью их передачи по исходящей линии связи на выходах коммутационной системы также устанавливаются БЗУ. Имеет место понятие виртуального пучка (ВП), представляющего собой аналог пучка каналов в системах с КК. Поэтому, кроме коммутации виртуального канала (КВК), введено понятие коммутации виртуального пучка (КВП).

На рис. 8 условно изображена функциональная структура коммутационной системы (КС) с КВК и КВП. КС состоит из двух частей: коммутатора ВК и коммутатора ВП, где осуществляются соответственно коммутация ВК и коммутация ВП. При коммутации виртуальных пучков, очевидно, номера виртуальных каналов не изменяются.

Структура УК при быстрой коммутации пакетов Независимо от вида структуры УК на входах и выходах коммутационной системы (КС) устанавливаются контроллеры К (рис.9). В функции входных контроллеров (Вх.К) входят демультиплексирование входных потоков ячеек, передаваемых по линиям связи, и введение в каждую ячейку некоторого заголовка, определяющего маршрут ее движения в коммутационной системе. Выходной контроллер (Вых.К) пересылает БП с выходов коммутационной системы в выходные линии связи, осуществляя мультиплексирование. При этом в БП удаляется его заголовок и БП превращается в ячейку. Для избежания потери БП в случае возникновения конфликтов контроллеры могут содержать входные и выходные БЗУ. Наиболее критическим местом узлов БКП являются коммутационные системы, поскольку именно они определяют общую производительность сети.

3. Поколения метода коммутации пакетов В ряде работ отмечаются три поколения сетей коммутации пакетов. К первому поколению сетей КП относится сеть, используемая в сети ЭВМ США АРПА, где все функции по коммутации пакетов осуществлялись непосредственно в абонентской вычислительной машине (АВМ). Во втором поколении сетей КП, являющихся в настоящее время наиболее массовыми среди сетей КП Европы, функции коммутации выполняются специальными коммутационными ЭВМ, образующими в сети узлы (центры) КП. В УК пакетов второго поколения пакеты обрабатываются в многопрограммном режиме в основном одним процессором УК. Поэтому здесь имеет место квазипараллельная (кажущаяся параллельная) обработка пакета. В сетях КП третьего поколения, к которым относятся сети с БКП, обеспечивается реальный параллелизм за счет использования в УК многопроцессорных коммутационных систем (МПКС), которые имеют множество входов и выходов. Пропускную способность УК, измеряемую числом пакетов в секунду, можно увеличивать путем расширения (увеличения числа входов и выходов) структуры МПКС.