Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

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 АТМ

2.1 ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОММУТАТОРОВ

Технология 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 ФУНКЦИЙ

ATM-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 ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

Основная 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:

• модулем поступления на входной порт;

• коммутационным полем (иногда называемым коммутационной матрицей), которое фактически выполняет маршрутизацию внутри коммутатора;

• модулем передачи из выходного порта.

2.4 ПЛОСКОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ

Этот 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 АДМИНИСТРИРОВАНИЯ

Данный 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 ТРАФИКОМ

Коммутационная 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 КОММУТАТОРА

Чтобы 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].

Рисунок 1 - Общая структура коммутатора ATM

Перечисленные блоки являются услуго-независимыми, а границы между ними иногда оказываются размытыми. Ключевую роль в работе коммутатора играет поле коммутации ячеек [9,15].

2.8 ВХОДНЫЕ МОДУЛИ

Прежде всего входной модуль терминирует входящий сигнал (например, SDH) и выделяет поток ячеек ATM. Этот процесс включает в себя преобразование и восстановление сигнала, обработку заголовка SDH, структурирование ячеек и коррекцию скоростей их передачи. Затем с каждой ячейкой ATM выполняются следующие операции [11,8]:

• проверка заголовка на наличие ошибок с помощью поля управления ошибками заголовка (Header Error Control, НЕС);

• подтверждение правильности значений идентификаторов VPI/VCI и их трансляция;

• определение выходного порта;

• направление сигнальных ячеек в модуль САС, а ячеек ОАМ — в модуль управления коммутатором;

• реализация процедуры UPC/UNC для каждой пары соединений VPC/VCC;

• дополнение внутреннего тэга, содержащего сведения о внутренней маршрутизации, и мониторинг информации, предназначенной для использования внутри коммутатора.

2.9 ВЫХОДНЫЕ МОДУЛИ

Эти модули подготавливают потоки ячеек ATM для физической передачи [11,8]:

• обрабатывают и удаляют внутренние тэги ячеек;

• при необходимости транслируют значения VPI/VC1;

• генерируют поле НЕС, обеспечивая возможность последующей проверки заголовка на наличие ошибок;

• при необходимости включают ячейки из модулей САС и управления коммутатором в исходящие потоки ячеек;

• корректируют скорости передачи ячеек;

• упаковывают ячейки в полезную нагрузку сети физического уровня (SDH) и генерируют соответствующие заголовки;

• преобразуют цифровой поток бит в оптический сигнал.

2.10 МОДУЛЬ САС

Данный модуль устанавливает, модифицирует и разрывает соединения виртуальных путей и каналов. Он отвечает за сигнальные протоколы верхних уровней, сигнальные функции уровня адаптации ATM (ATM Adaptation Layer, AAL), необходимые для интерпретации или генерации сигнальных ячеек, за поддержание интерфейсов с сетью сигнализации, согласование с пользователями контрактов на обслуживание (Service Level Agreement, SLA) характеристик трафика при запросах на установление новых соединений VPC/VCC с другими параметрами качества сервиса (QoS) и изменений для существующих соединений VPC/VCC, за распределение ресурсов коммутатора при организации соединений VPC/VCC (включая выбор маршрутов), принятие решения (в ответ на запрос) о допустимости установления соединений VPC/VCC, а также генерацию параметров процедур UPC/NPC [13,15].

Если используется централизованная реализация САС, то единственное устройство (модуль) обработки будет получать сигнальные ячейки от входных модулей, интерпретировать их и выдавать решение о возможности формирования соединения и распределении ресурсов коммутатора между всеми соединениями.

Если же функции САС распределяются по блокам входных модулей, в каждом из них процедура САС использует меньшее, чем в предыдущем случае, число входных портов. Этот алгоритм гораздо сложнее в реализации, однако он снимает проблему недостаточной производительности при обработке заданий управления соединениями в больших коммутаторах путем их распараллеливания. Однако подобное распределение требует передачи значительных объемов информации между устройствами САС, относящимися к разным модулям, и координации их работы.

В некоторых ATM-коммутаторах, например производства Hitachi и NEC, каждый из входных модулей имеет не только собственную процедуру САС, но и небольшое поле маршрутизации ячеек ATM. Заметим также, что часть распределенных функций САС может выполняться выходными модулями, инкапсулирующими управляющую информацию верхних уровней в исходящие сигнальные ячейки.

2.11 МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ КОММУТАТОРОМ

Этот модуль реализует процедуры физического уровня и уровня ОАМ. Он отвечает за управление конфигурацией компонентов коммутатора и зашитой его базы данных, снимает показатели использования ресурсов коммутатора, управляет трафиком, информационной базой текущих процедур администрирования и интерфейсом UNI, обеспечивает интерфейс с операционными системами, сетевое управление, обработку отказов и протоколирование учетной информации, относящейся к управлению. Выполнение таких функций невозможно без эффективных внутрикоммутационных связей между модулем управления и другими функциональными блоками.

Централизованное управление коммутатором порой становится «узким местом», если модуль управления перегружен обработкой требований. Чтобы избежать перегрузки, функции данного модуля можно распределять среди входных модулей, которые в этом случае будут контролировать поступающие потоки ячеек данных в целях учета ресурсов и измерения характеристик функционирования коммутатора. В свою очередь, выходные модульные устройства управления способны контролировать выходящие потоки ячеек [10,11].

Сложность управления коммутатором обусловлена прежде всего чрезвычайно широким спектром выполняемых им функций, которые к тому же постоянно эволюционируют. В связи с этими обстоятельствами разработка соответствующих международных рекомендаций и стандартов еще далека от своего завершения.

2.12 ПОЛЕ КОММУТАЦИИ ЯЧЕЕК

Поле коммутации отвечает за передачу ячеек данных (а в ряде случаев — сигнальных и управления) между другими функциональными блоками. В его задачи входят также концентрация и мультиплексирование трафика, маршрутизация и буферизация ячеек, повышение отказоустойчивости коммутатора, многоадресная и широковещательная передача, распределение ячеек, основанное на приоритетах по задержкам, мониторинг случаев перегрузки и активизация индикатора перегрузки в прямом направлении (Explicit Forward Congestion Indication, EFCI) [8,16].

2.13 КОНЦЕНТРАЦИЯ И МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ

Для наиболее эффективного использования выходящего соединения трафик должен быть сконцентрирован на входах коммутационного поля. Чтобы добиться стандартной скорости интерфейса коммутационной матрицы, устройство агрегирует, потоки с низкой переменной битовой скоростью в трафик с более высокой скоростью. Коэффициент концентрации сильно коррелирован с характеристиками входящих потоков. Концентрация потоков может применяться при динамическом распределении трафика по нескольким плоскостям маршрутизации, а также при его буферизации и дублировании в целях повышения отказоустойчивости. Мультиплексирование потоков ячеек на входах коммутатора во многом аналогично процессу концентрации [8,9].

2.14 МАРШРУТИЗАЦИЯ И БУФЕРИЗАЦИЯ

Основными функциями, выполняемыми полем коммутации ячеек, являются маршрутизация и буферизация. Входной модуль дополняет тэгом маршрутизации каждую из ячеек, а коммутационное поле просто направляет их со входных портов на соответствующие выходные. Поступление ячеек может быть распределено во времени посредством использования сдвиговых регистров, каждый емкостью в одну ячейку. Поскольку не исключена одновременная адресация ячеек на один и тот же выход, должна быть предусмотрена возможность их буферизации [9,3].

Анализ различных схем маршрутизации и алгоритмов буферизации, применяющихся в ATM-коммутаторах, позволил сформулировать ряд важных принципов их проектирования: обеспечение распределенного управления и высокой степени параллелизма при обработке трафика, реализация функций маршрутизации на аппаратном уровне [10,8,13]. Прежде чем перейти к рассмотрению вариантов организации коммутационного поля, перечислим основные показатели, которыми они характеризуются:

• производительность (отношение суммарной скорости выходящего потока к суммарной скорости входящего);

• коэффициент использования (отношение средней скорости входящего потока к максимально возможной скорости выходящего);

• вероятность потерь ячеек;

• задержки передачи ячеек;

• длины очередей;

• сложность реализации.

Ранее методы коммутации подразделяй на пространственные, временные и их комбинации. Предложенная в дальнейшем классификация относит такие методы к одной из следующих категорий:

• с разделяемой памятью;

• с общей средой;

• с полносвязной топологией;

• с пространственным разделением (эта категория, в свою очередь, подразделяется на коммутацию, обеспечивающую единственный и множественные пути от входного порта к выходному). Для простоты далее будем рассматривать коммутатор с N входными и N выходными портами и одинаковыми скоростями портов, равными К ячеек/с.

2.15 МЕТОД РАЗДЕЛЯЕМОЙ ПАМЯТИ

Базовая структура коммутатора с разделяемой памятью приведена на рисунке 2 [8,9]. Входящие ячейки преобразуются из последовательного формата в параллельный и записываются в порт ОЗУ. Используя заголовки ячеек с тэгами маршрутизации, контроллер памяти решает, в каком порядке ячейки будут считываться из нее. Выходящие ячейки демультиплексируются при передаче на выходные порты и преобразуются из параллельного формата в последовательный.

Характеристики

Список файлов ВКР