close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Krylov1

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Ю. Д. Крылов
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ
ИНТЕГРИРОВАННЫЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2016
УДК 004.7
ББК 32.973.202-04
К85
Рецензенты:
доктор технических, профессор В. В. Михайлов;
кандидат технических наук, доцент А. А. Ключарев
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Крылов, Ю. Д.
К85 Высокоскоростные интегрированные вычислительные
сети: учеб. пособие / Ю. Д. Крылов. – СПб.: ГУАП, 2016. – 52 с.
ISBN 978-5-8088-1160-7
Рассмотрены современные высокоскоростные интегрированные
локальные и глобальные вычислительные сети, а также интегрированные вычислительные сети, способные передавать высокоскоростной трафик для различных типов сервиса. Кроме того рассмотрены
методы маршрутизации и коммутации, применяемые в этих сетях.
Издание предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и по
другим родственным специальностям.
УДК 004.7
ББК 32.973.202-04
ISBN 978-5-8088-1160-7
©
©
Крылов Ю. Д., 2016
Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2016
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
И СОКРАЩЕНИЙ
ЛВС – локальная вычислительная сеть
КВК – коммутируемый виртуальный канал
АТМ – асинхронный режим передачи
МОС – Международная организация по стандартизации
УДС – управление доступом к среде
ЛС – локальная сеть
ЦСИС – цифровая сеть интегрированного сервиса
У-ЦСИС – узкополосная цифровая сеть интегрированного сервиса
Ш-ЦСИС – широкополосная цифровая сеть интегрированного
сервиса
КК – коммутация каналов
КП – коммутация пакетов
КС – коммутация сообщений
МК – многоканальная коммутация
БКП – быстрая коммутация пакетов
КД – коммутация дейтаграмм
КрК – кроссовая коммутация
КВК – коммутируемый виртуальный канал
ТВ – телевидение
МСЭ – Международный союз электросвязи
ЭМВОС – эталонная модель взаимодействия открытых систем
ЭТО – эксплуатация и техническое обслуживание
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время появились новые информационные технологии, позволяющие соединять локальные и глобальные вычислительные сети, системы сотовой и спутниковой связи в единые
информационные системы, способные передавать и обрабатывать
разнородный трафик. Появились интегрированные вычислительные сети, предоставляющие такие услуги пользователям, которые
ранее не предоставлялись.
Учебное пособие содержит четыре раздела. В разделе 1 описываются интегрированные вычислительные сети в плане требований
к параметрам передачи различных видов информации и услуги,
предоставляемые этими сетями. Раздел 2 посвящен описанию высокоскоростных локальных вычислительных сетей. Здесь рассматриваются высокоскоростные сети Gigabit Ethernet и высоконадежная сеть FDDI с применением двух колец, использующая маркерный способ доступа с ранним освобождением маркера. Раздел 3
посвящен высокоскоростным глобальным вычислительным сетям.
Здесь рассматриваются сети синхронной цифровой иерархии и их
способность обнаруживать и исправлять многие неисправности
в автоматическом режиме. В разделе 4 рассматриваются некоторые
способы маршрутизации и коммутации, применяемые в вычислительных сетях.
4
1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
С ИНТЕГРАЦИЕЙ УСЛУГ
1.1. Методы коммутации в ЦСИС
В настоящее время телекоммуникационные сети являются
синтезом первоначально независимых сетей – сетей связи и вычислительных сетей. Этот синтез обусловлен следующими факторами. Современные системы связи требуют применения цифровых
систем передачи и вычислительной техники для решения задач
маршрутизации, управления трафиком, мониторинга и т. д., а логика развития вычислительной техники предусматривает наличие
связи между ЭВМ, локальными и глобальными вычислительными
сетями.
К современным сетям связи предъявляются следующие требования:
– передача с высоким качеством;
– распределеная обработка и хранение информации различного
вида от разнородных источников;
– возможность управления со стороны пользователя;
– оперативное получение от сети ответных реакций на запросы
пользователя;
– объединение (при необходимости) и разделение ресурсов между пользователями.
Логическая связь между разнородными потоками (данных,
речи, неподвижных и видеоизображений и т. д.) и их совместная
обработка делают целесообразным использование общей сети. Оборудование и протоколы нижних уровней этой сети должны служить основой разнообразных служб. Передача должна идти с высокой постоянной и переменной скоростью, а также иногда и с мало
меняющейся задержкой. Высокая скорость и малые задержки требуются для передачи больших объемов информации (например,
изображений) в режиме диалога, а малые изменения задержки –
для качественного воспроизведения звука и видеоизображений
в реальном времени. Пропускная способность должна расходоваться экономно.
Этим требованиям удовлетворяют цифровые сети с интеграцией
служб (ЦСИС) или ISDN (Integrated Services Digital Network). Основные службы, предоставляемые этими сетями: телефон, передача данных, факсимиле, доступ к банкам данных и т. д.
Сначала появились узкополосные ЦСИС (У-ЦСИС) или N-ISDN
(Narrowband Integrated Services Digital Network), то есть узкопо5
лосные цифровые сети с интеграцией служб, а затем и широкополосные Ш-ЦСИС или B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital
Network). Скорость передачи информации у У-ЦСИС до 2 Мбит/с, а
у широкополосных 155 Мбит/с и выше.
В этих сетях наряду с системной интеграцией осуществлена и
информационная интеграция.
В ЦСИС применяются следующие методы коммутации [1]:
– коммутация каналов (КК);
– коммутация пакетов (КП);
– трансляция кадров (Frame Relay);
– коммутация сообщений (КС);
– многоканальная коммутация (МК);
– быстрая коммутация пакетов (БКП).
Для связи, чувствительной к задержкам (речь и т. д.) обычно
применяют сети с коммутацией каналов (КК). При этом соединения получают фиксированную часть пропускной способности линий на весь сеанс связи, в узлах коммутации накопление и обработка не производятся, а просто передается сигнал из одной линии
в другую. При этом обеспечивается предсказуемое малое время доставки сообщения. Но при передаче с переменной скоростью пропускная способность канала используется не полностью.
В сетях с коммутацией пакетов соединению в узле коммутации
выделяется вся пропускная способность выходной линии на время передачи пакета. Затем узел может перейти к передаче пакета
другого соединения (режим мультиплексирования). При этом минимизируется время простоя линии, однако появляется некоторая
неопределенность в работе сети, поскольку пакеты могут иметь различную длину и поступают в узел коммутации неравномерно. При
совместной передаче речевого и видео трафика с трафиком данных
длинные пакеты могут вызывать недопустимо большие колебания
задержки речи и видеоизображений. Возможность накопления пакетов в узлах коммутации позволяет применять статистическое
мультиплексирование прерывистых потоков, при котором пиковая
скорость выходного потока может быть меньше суммы пиковых
скоростей входных потоков. Однако из-за указанной неопределенности возможны потери пакетов при переполнении буфера в узле
коммутации. Поэтому существуют и разрабатываются новые методы ограничений трафика от пользователей.
Трансляция кадров – это режим коммутации пакетов (характерный для сетей Frame Relay), при этом не предусматривается повторная передача ошибочных кадров между узлами коммутации.
6
Подтверждение о правильности приема информации осуществляется лишь между пользователями.
Коммутация сообщений сходна с коммутацией пакетов, но требует памяти большого объема в узлах коммутации, так как сообщения имеют произвольную длину.
При многоканальной коммутации осуществляется коммутация
пользователей на скорости n*64 Кбит/с; n = 1,…, 30 [1].
Быстрая коммутация пакетов (fast packet switching) – это новый
метод коммутации, повышающий производительность коммутаторов. Основным отличием этого метода является реализация основных функций узла коммутации аппаратным способом и применение параллельной обработки. Узлы коммутации проектируются по
модульному принципу. Чтобы увеличить число портов и производительность узла достаточно увеличить число процессоров в нем.
Благодаря этому в глобальных сетях задержка в узлах становится
значительно меньшей, чем задержка распространения в линиях,
что характерно для сетей коммутации каналов.
1.2. Услуги, предоставляемые интегрированными
вычислительными сетями
В настоящее время наиболее широкий спектр запросов, удовлетворяемых сетями интегрированного обслуживания, обеспечивается сетями B-ISDN или широкополосными сетями интегрированного обслуживания (Ш-ЦСИО).
Эти сети согласно рекомендации I.121 Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) являются развитием узкополосных сетей интегрального обслуживания (У-ЦСИО). Основным отличием
Ш-ЦСИО от У-ЦСИО является предоставление пользователям разных видов широкополосного сервиса с высоким качеством обслуживания. При этом требуются следующие скорости передачи [2]:
– цветное телевидение (ЦВ) – 4–6 Мбит/с;
– ТВ высокой четкости – 16–24 Мбит/с;
– черно-белое факсимиле – 1–4 Мбит/с;
– полутоновое факсимиле – 9–16 Мбит/с;
– цветное факсимиле – 30–60 Мбит/с;
– машинная графика с высокой разрешающей способностью –
10–100 Мбит/с;
– пересылка файлов – до сотен Мбит/с.
Широкополосные виды сервиса, предоставляемые сетями
Ш-ЦСИО, разделяются на интерактивные и дистрибутивные.
7
Интерактивные виды сервиса подразделяются на три класса:
– сервис типа «диалог»;
– сервис типа «поиск»;
– сервис типа «передача и хранение».
В первом случае два или долее сторон обмениваются сообщениями в течение сеанса связи. Во втором случае пользователи сети моТаблица 1.1
Виды интерактивного сервиса
Класс
Вид сервиса
Видеотелефония
Видеоконференции
Видеослежение
Высокоскоростная
передача цифровой
информации
Диалог
Передача больших
массивов информации
Высокоскоростное
телевидение
Высокоскоростной
телефакс
Изображение с высокой разрещающей
способностью
Обмен документами
Поиск
Видеопочта
Электронная почта
Передача
Видеотекст
и хранение
8
Области применения
Телеобучение
Выбор и заказ товаров с помощью
телевидения
Телереклама
То же
Охрана зданий
Контроль за перемещением транспорта
Высокоскоростная передача данных
Связь между отдельными ЭВМ
Связь между ЛВС
Передача видеоинформации
Передача файлов данных
Управление в реальном масштабе
времени
Телеметрия
Оповещение о тревоге
Передача текстов, изображений,
рисунков
Медицинская диагностика
Передача высококачественных изображений
Передача документов смешаного
типа
Электронная почта для передачи
видеоизображений
Для передачи документов
Удаленное обучение и тренинг
Реклама
Выбор и заказ товаров
Поиск новостей
гут осуществлять поиск нужной им информации в различных информационных центрах, например, производится поиск фильмов
в фильмотеках, поиск звуковой информации в хранилищах и т. д.
В третьем случае пользователи обмениваются информацией с помощью «почтового ящика». При этом они могут производить редактирование и другую обработку информации.
Дистрибутивные виды сервиса делятся на два класса:
виды сервиса, в которых предусмотрено воздействие со стороны
пользователя;
– виды сервиса, в которых не предусмотрено воздействие со стороны пользователя.
К дистрибутивным видам сервиса, в которых не предусмотрено
воздействие стороны пользователя, относятся виды сервиса, когда
некоторый центральный источник передает непрерывный поток
информации пользователям, подключенным к сети. При этом отдельный пользователь не может влиять на начало передачи информации и порядок передачи. Типичным примером является передача телевизионных и аудио программ.
В дистрибутивных видах сервиса, в которых возможно взаимодействие со стороны пользователя, информация передается в виде
периодически повторяющихся информационных кадров. Примером является широковещательная видео графия. Виды интерактивного сервиса представлены в табл. 1.1.
9
2. ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
2.1. Виды высокоскоростных ЛВС
В настоящее время особое внимание уделяется switch-технологии
для построения высокоскоростных ЛВС. Под switch-технологией
понимается коммутация пакетов данных с созданием коммутируемых виртуальных каналов (КВК).
К высокоскоростным ЛВС относятся следующие сети.
1. FDDI/CDDI (Fiber Distributed Data Interface / Copper DDI).
Здесь используется два кольцевых канала: один кольцевой канал
является рабочим, второй – резервным [3]. Скорость передачи данных – 100 Мбит/с. Область применения – авиация и приборостроение. Используется также для построения региональных сетей (длиной до 200 км) и для подключения мощных рабочих станций.
2. Fast Ethernet 100 Base-T использует один канал с ограниченной пропускной способностью. Скорость передачи 100 Mбит/с. Сеть
служит для подключения серверов.
3. Switched Ethernet / Switched Token Ring использует КВК с гарантированной пропускной способностью для соединений. Скорость
передачи для Switched Ethernet 10 Mбит/с на станцию и 16 Mбит/с
на станцию для подключения рабочих мест, серверов, магистралей
ЛВС.
4. Семейство Gigabit Ethernet со скоростью передачи 1000 Мбит/с
(1GE), 10GE, 40GE, 100GE. Данные сети являются альтернативой
локальной ATM-сети.
5. Сети ATM (Asynchronous Transfer Mode -асинхронный режим
передачи), основанные на использовании КВК с предоставлением
пропускной способности каналов при необходимости. Скорость
передачи 51, 155, 622 Мбит/с и т. д. Сеть используется для подключения серверов ЛВС, магистралей, региональных сетей, территориальных сетей.
2.2. Высокоскоростные ЛВС Fast Ethernet
и семейство Gigabit Ethernet
Fast Ethernet
Данная технология разработана объединением Fast Ethernet
Alliance с целью в максимально возможной степени сохранить возможности технологии Ethernet, но повысить скорость передачи до
10
100 Мбит/с. Для передачи информации по витой паре проводов 5-й
категории и оптоволокна используется метод кодирования 4B/5B и
8B/6T витой паре проводов 3-й категории.
При кодировании по методу 4B/5B каждые 4 бита полезной информации заменяются 5 битами [3]. Так как результирующие символы содержат избыточные коды, то общее количество битовых
комбинаций в них больше, чем в исходных. Так как в коде 4В/5B
результирующие символы содержат избыточные биты, то общее
количество битовых комбинаций в них больше, чем в исходных.
В коде 4В/5B результирующие символы могут содержать 32 битовых комбинаций, а исходные символы – только 16. Поэтому в результирующем коде можно отобрать 16 таких комбинаций, которые не содержат большого количества нулей, а остальные считать
запрещенными кодами. Избыточные коды позволяют приемнику
распознавать искаженные биты.
Ниже приведено соответствие исходных и результирующих кодов 4В/5B.
Исходный код
Результирующий
код
Исходный код
Результирующий
код
0000
0001
0010
0011 
010 0
0101
0110
0111
11110
01001
10100
10101 
01010 
01011
01110
01111
1000
1001
1010
0011 
1100 
1101
1110
1111
10010
10011
10110
10111 
11010 
11011
11 100
11101
Буква B в названии кода означает, что элементарный сигнал
имеет 2 состояния- от английского слова binary-двоичный. Имеются коды с тремя состояниями сигнала, например, в коде 8B/6T
для кодирования 8 бит исходной информации используется код из
6 символов, каждый из которых имеет три состояния. Буква T в названии кода происходит от английского слова triple –троичный.
При использовании избыточных кодов повышается синхронизация, но битовая скорость полезной информации при использовании кода 4В/5B снижается до 80 Мбит/с. Из-за повышения скорости передачи в 10 раз по сравнению с сетью Ethernet 10 Мбит/с
размер сети составляет только 250 м.
11
Высокоскоростная ЛВС Gigabit Ethernet
Архитектура Gigabit Ethernet отличается от предыдущей архитектуры сети Ethernet [4]. На рис. 2.1 приведены уровни программной структуры и их соответствие уровням эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС).
На рис. 2.1 приняты следующие обозначения:
LLC – Logical Link Control – управление логическим звеном;
MAC – Medium Access Control – управление доступом к среде;
GMII – Gigabit Media Independent Interface – гигабит – интерфейс, не зависящий от среды;
PCS – Physical Code Sublayer – подуровень физического кодирования;
PMA – Physical Medium Attachment – подуровень физического
подключения;
PMD – Physical Medium Dependent – подуровень зависящий от
физической среды;
MDI – Medium Dependent Interface – интерфейс зависящий от
среды.
GMMI – интерфейс связывает MAC-уровень и физический уровень и обеспечивает их взаимодействие. Он поддерживает скорости
Модель МОС
Gigabit Ethernet
Прикладной
LLC
Представительный
MAC
Сеансовый
Уровень
согласования
Интерфейс GMII
Транспортный
Сетевой
Канальный
PCS
PMA
PMD
Физический
MDI
Рис. 2.1. Уровни программного обеспечения Gigabit Ethernet
и их соответствие модели МОС
12
10, 100 и 1000 Мбит/с и обеспечивает полудуплексный и дуплексный режимы передачи. Этот интерфейс имеет сигналы синхронизации, наличия несущей (в состоянии ON) и отсутствия несущей
(в состоянии OFF).
Трансиверный модуль, объединяющий три подуровня физического уровня, может подключаться к коммутатору Gigabit Ethernet
посредством GMII-интерфейса.
Подуровень физического кодирования PCS использует блочное
избыточное кодирование 8В/10В в сетях 100 BASE-X. При этом 8 бит
передаваемой информации преобразуются на основании специальной таблицы в 10 – битовые символы.
При использовании интерфейса 1000 BASE -T данный подуровень осуществляет помехоустойчивое кодирование перед передачей по неэкранированной витой паре (Unshielded Twisted Pair –
UTP) категории 5 на расстояние до 100 м. При этом используется
линейный код TX/T2.
Подуровень физического подключения PMA использует интерфейсы, включающие одномодовое (SMF-Single Mode Fiber), многомодовое
(MMF – Multiple Mode Fiber) волокно и неэкранированную витую пару
категории 5. Подуровень PMA преобразует параллельный поток символов от PCS в последовательный. При этом он осуществляет обратное
преобразование входящего последовательного потока от PMD.
Подуровень PMD определяет оптические /электрические характеристики физических сигналов для разных сред. Этот одуровень
определяет четыре типа физических интерфейсов среды, представленных на рис. 2.2.
1000 BASE-X разделяется на три физических интерфейса.
Интерфейс 1000 BASE-LX использует в качестве источников излучений лазеры с длиной волны 1270–1355 нм, мощность излучения передатчика от 13,5 до 3 дБм при отношении ON/OFF (сигнал/
нет сигнала) не иене 9 дБм.
Интерфейс 1000 BASE-SX использует лазеры с длиной волны
770–860 нм, мощность излучения передатчика от 10 до 0 дБм.
Отношение ON/OFF не менее 9 дБ.
Интерфейс 1000 BASE -CX использует экранированную витую
пару (Shielded Twisted Pair – STP) на расстояние лишь 25 м.
В табл. 2.1 приведены типы кабелей, полосы пропускания и
максимальные расстояния для указанных типов интерфейсов [4].
Интерфейс 1000 BASE-T стандарта 802.3 использует UTP категории 5 и выше длиной до 100 м. При этом используются четыре пары
проводов со скоростью передачи 250 Мбит/с по каждой паре.
13
Gigabit Ethernet
Стандарт IEEE 802.37
Стандарт IEEE 802.3 ab
1000 Base - X
1000 Base- LX
Лазер 1300 нм
MMF, SMF
1000 Base - SX
Лазер 850 нм
MMF
1000 Base- CX
STP категории 5
до 25 м
1000 Base -T
UTP категории 5
до 100 м
Рис. 2. 2. Интерфейсы среды передачи
Таблица 2.1
Характеристики физических интерфейсов
Стандарт
Тип волокна
Полоса
пропускания,
мГц м
Максимальное
расстояние, м
1000
Base-LX
Одномодовое (9 мкм)
Многомодовое (50 мкм)
Многомодовое (62,5 мкм)
–
500
320 
5000
550
400
1000
Base-SX
Многомодовое (50 мкм)
Многомодовое (62,5 мкм)
400
200
500
275
1000
Base-CX
Экранированная витая пара
STP с сопротивлением 150 ом
–
25
В интерфейсе MDI используются порты RJ-45 для стандарта
1000 BASE-CX или 1000 BASE-T и Duplex SC для cтандарта 1000
BASE-LX или 1000 BASE -SX.
Интерфейс 1000 BASE -T стандарта 802.3 ab использует UTP категории 5 и выше длиной до 100 м. При этом используются четыре
пары проводов со скоростью передачи 250 Мбит/с по каждой паре.
Уровень MAC стандарта Gigabit Ethernet использует тот же самый протокол CSMA/CD, что и Ethernet и Fast Ethernet.
В стандарте Ethernet IEEE 802.3 минимальный размер кадра равен 64 байта. Время передачи кадра (время канала) равно 512 ВТ (Bit
Time), что соответствует 51,2 мкс при скорости передачи 10 Мбит/с.
14
Преамбула SFD
DA
SA
64 байт (min)
512 байт (min)
L
T
Данные
FCS
Расширение
носителя
1518 байт (max)
1518 байт (max)
Рис. 2.3. Кадр Gigabit Ethernet
При этом максимальная длина сети или максимальное расстояние
между источником и приемником определяется из условия, что время круговой задержки, то есть время, за которое сигнал доходит до
удаленного узла и обратно, не должно превышать 512 ВТ, чтобы источник получил сигнал конфликта еще до окончания передачи кадра. В Fast Ethernet скорость передачи 100 Мбит/с, поэтому время
передачи кадра длиной 64 байта будет 5,12 ВТ, но это соответствует
уже 5,12 мкс, что привело к значительному уменьшению окна, в течение которого обнаруживается конфликт.
Для сохранения преемственности в стандарте Gigabit Ethernet
те же самые минимальный и максимальный размеры кадра, что и
в Ethernet и Fast Ethernet.Но при скорости передачи 1000 Мбит/с
время передачи сокращаетcя настолько, что длина сети становится
чрезвычайно малой. Для ее увеличения необходимо резко увеличить
время канала. В данной сети оно соответствует времени передачи
512 байт (а не бит). Для поддержания совместимости со стандартами
Ethernet и Fast Ethernet минимальный размер кадра не увеличен, но
добавлено дополнительное поле, которое называется «расширением
носителя». На рис. 2.3 представлен кадр Gigabit Ethernet.
При этом введены следующие обозначения:
SFD – Start of Frame Delimiter – ограничитель начала кадра;
DA – Destination Address – адрес назначения;
SA – Source Address – адрес источника;
L – длина поля данных (для кадра стандарта 802.3);
T – тип поля данных (для кадра Ethernet);
FCS – Frame Cheek Sequence – контрольная последовательность
кадра.
Высокоскоростная технология 10 Gigabit Ethernet
Необходимость увеличения количества передаваемой информации
привела к созданию новой технологии 10Gigabit Ethernet [6]. В данном
стандарте используются те же формат и размер кадра. При этом ис15
пользуется только дуплексный режим передачи информации. Для кодирования данных на физическом уровне выбран метод 64B/66B, что
позволило повысить эффективность полосы пропускания.
Стандарт 10Gigabit Ethernet включает семь стандартов физической среды.
10G Base-CX4 – технология для коротких расстояний (до 15 метров), при этом используется медный кабель CX4.
10G Base-SR – технология для коротких расстояний (26 или 82
метров, в зависимости от типа кабеля). При этом используется многомодовый оптоволоконный кабель.
10G Base-LX4 – технология использует уплотнение волны для
расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволоконному кабелю.
10G Base-LR – поддерживает расстояние до 10 км при использовании одномодового оптоволоконного кабеля.
10G Base-ER – поддерживает расстояние до 40 км также при использовании одномодового оптоволоконного кабеля.
10G Base-SW, 10G Base-LW и 10G Base-EW – технологии используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом SONET/SDH. Они подобны стандартам
10G Base-SR, 10G Base-LR, 10G Base-ER, так как используют те же
самые типы кабелей и расстояния передачи.
10 Base-T – технология, использующая неэкранированную витую пару проводов.
Высокоскоростная технология 100 Gigabit Ethernet
Данная технология рассматривает следующие типы физической
среды для передачи данных.
100G Base-CR4 – технология для коротких расстояний (до 10 метров), использующая медный кабель CR4.
100G Base-SR4 – технология для передачи информации на расстояние не менее 100 метров по многомодовому оптоволоконному кабелю.
100G Base-LR – технология для передачи информации на расстояние не менее 10 км по одномодовому оптоволоконному кабелю.
Данный стандарт предусматривает объединение 4-х линий со
скоростью передачи по каждой линии до 25 Гбит/с.
2.3. Высокоскоростная сеть FDDI
Волоконно-оптическая интерфейсная ЛВС FDDI – это двух кольцевая ЛВС с маркерным способом доступа, которая в качестве физи16
ческой среды использует волоконно-оптические линии связи. Сеть
предназначена для обеспечения высокоскоростной (100 Мбит/с) связи между вычислительными машинами, периферийным оборудованием и т. д.
Часто сеть FDDI используют как средство связи между другими ЛВС, такими как Ethernet,Token Ring и т. д. Существует также
вариант построения на медном кабеле (СDDI). Все варианты стандарта FDDI для разных типов передающей среды обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с. Преимуществом сетей FDDI является
производительность, надежность и безопасность.
Скорость передачи 100 Мбит/с в 10 раз выше скорости в сетях
Ethernet (10 Мбит/с) и в 6 раз выше максимальной скорости сетей
Token Ring (16 Мбит/с).
Надежность (отказоустойчивость) сетей FDDI обеспечивается
применением двух колец для передачи данных. В нормальном состоянии данные передаются только по основному кольцу (Primary
Ring). При одиночном физическом разрыве, то есть обрыве кабеля
или при выходе из строя одной из станций, станции по обе стороны
места разрыва автоматически переключают поток данных на резервное кольцо (Secondary Ring) в направлении, противоположном
направлению передачи по основному кольцу. Кроме того можно дополнительно повысить надежность, если использовать оптический
обходной переключатель OBS (Optical Bypass Switch). Целостность
кольца сохраняется при выходе из строя станции с двойным подключением. Неисправная станция отключается, а резервное кольцо не задействуется.
При использовании оптоволоконных каналов связи сети FDDI
имеют следующие преимущества по сравнению с другими сетями.
Во-первых, большое расстояние между узлами сети. Станции могут
находиться на расстоянии до 2 км друг от друга, общая длина кольца может достигать 200 км, число станций – до 1000. Применение
одномодового кабеля и лазерных источников излучения позволяет
увеличить расстояние между станциями до 50 км. Во-вторых, эти
сети мало чувствительны к электромагнитным помехам и обеспечивают большую защиту информации, так как оптоволоконный
кабель имеет слабое излучение и перехват информации весьма затруднен. Кроме того за счет гальванической развязки наблюдается
большая защищенность оборудования, чем в других сетях.
Стандарт FDDI имеет следующие подуровни, соответствующие
уровням 1 и 2 модели МОС [3].
17
Подуровень физического кодирования, зависящий от среды передачи (Physical Medium Dependent-PMD), который регламентирует:
– характеристики оптоволоконного кабеля для передачи данных;
– типы коннекторов;
– мощность передатчика и т. д.
Подуровень физического уровня PHY (Physical Sublevel), который регламентирует:
– способы кодирования и декодирования;
– систему синхронизации;
– набор управляющих символов.
Подуровень управления доступом к среде УДС (Media Access
Control-MAC), который регламентирует следующие процессы:
– управление маркером;
– формирование кадров;
– адресацию;
– обнаружение ошибок;
– восстановление после ошибок;
– распределение полосы пропускания между узлами сети.
Подуровень управления станцией (Station Management) действует на всех перечисленных подуровнях стандарта и описывает:
– управление станциями и концентраторами;
– процессы инициализации и поддержания соединений между
узлами;
– алгоритмы обнаружения ошибок;
– алгоритмы обработки аварийных ситуаций.
В качестве сред передачи в стандарте FDDI используются:
– оптоволоконный кабель с коннекторами типа MIC (Media
Interface Connector), регламентируемый стандартом PMD;
– экранированная витая пара проводов (STP IBM Type 1) с коннекторами типа ДВ9, регламентируемая стандартом CDDI;
– неэкранированная витая пара проводов категории 5 (UTP
Level 5) с коннекторами RJ-44.
В стандарте используется схема кодирования 4В/5В на тактовой
частоте 125 МГц с инвертированием сигнала без возврата к нулю,
когда 4 бита преобразуются в последовательность в 5 бит по специальной таблице, приведенной выше.
На рис. 2.4 представлен формат кадров сети: кадр данных КД и
кадр маркера КМ.
При этом приняты обозначения:
– PA – преамбула;
18
PA
SD
FC
DA
PA
SD
FC
ED
SA
INFO
FCS
ED
FS
Рис. 2.4. Формат кадра данных и кадра маркера
– SD – стартовый разделитель (начальный ограничитель – НО);
– FC – управляющее поле кадра (указатель кадра – УК);
– DA – адрес получателя (АО);
– SA – адрес отправителя (АО);
– FCS – контрольная последовательность кадра (КПК);
– ED – конечный разделитель (конечный ограничитель – КО);
– FS – статус кадра (состояние кадра – СК).
Формат кадров подобен кадрам сетей Token Ring, но имеются
некоторые отличия.
Формат поля УК имеет вид CLZZZZZZ, где
– C – бит класса кадра (0 – асиннхронный, 1 – синхронный);
– L – бит длины адреса (0 – 16-битный,1 – 48-битный);
– ZZZZZZ – биты управления.
Таким образом, поле УК определяет тип кадра, длину полей
адресов получателя и отправителя и управляющие функции кадра.
Подуровень МАС сети FDDI обеспечивает два вида сервиса: асинхронную и синхронную передачу информации. Синхронная передача
обеспечивает гарантированное время доставки информации получателю и используется при наличии жестких требований к времени доставки информации. Асинхронная передача применяется при отсутствии жестких ограничений на время доставки информации.
Формат поля FS имеет вид
EAC…T,
где A – бит «адрес распознан»; C – бит «кадр скопирован»; E – бит
«ошибка обнаружена»; Т – символ поля КО (двоичный код 01101).
Поле FS может заканчиваться символом T.
Первые три позиции обязательны для каждого кадра данных,
что касается конечного ограничителя, то он состоит из двух символов T для кадра маркера и одного символа T для кадра данных.
К основным типам устройств сети относятся следующие устройства (рис. 2.5).
19
Резервное кольцо
Основное кольцо
A
A
B
DAC-концентратор
DAC- концентратор
M
M
M
M
S
B
S
Конечные станции
SAC-концентратор
М
Конечные станции
М
S
S
M
M
S
S
Конечные станции
М
S
SAS
Рис. 2.5 Пример сети FDDI
Концентратор с двойным подключением к магистрали (Dual
Attachment Concentrator-DAC). Он реализует процесс восстановления кольца при нарушении целостности основного кольца путем
подключения резервного кольца.
Концентратор с одиночным подключением (Single Attachment
Concentrator-SAC). Он не подключается к основному кольцу, но
всегда подключается к другому концентратору сети (на рис. 2.5 он
подключен к DAC).
Станция с двойным подключением к магистрали (Dual
Attachment Station-DAC). Она может участвовать в процессе восстановления после ошибок. На рис. 2.5 эта станция не показана.
Станция с одиночным подключением (Single Attachment StationSAS), которая подключается к сети через концентратор.
Порт M- порт типа «Master»(ведущий). Порт S-порт типа «Slave»
(ведомый).
20
Устройства с двойным подключением должны иметь порты A
и B, концентраторы с двойным подключением должны содержать
также порты M, концентраторы с одиночным подключением должны иметь порты M и S, станции с одиночным подключением имеют
порты S.
Функционирование сети FDDI похоже на функционирование
сети Token Ring стандарта 802.5, но имеется ряд отличий. Рассмотрим их.
Подуровень УДС обеспечивает два вида сервиса: синхронную и
асинхронную передачу. В свою очередь при асинхронной передаче
обеспечивается два вида пропускной способности среды: общий и
диалоговый. При общем распределении пропускной способности
среды станция, получив право на передачу, передает один или несколько кадров и затем посылает кадр маркера далее другим станциям. В диалоговом режиме станции, ведущие диалог, монополизируют среду передачи, исключая доступ к ней со стороны других
станций.
В сети FDDI применяется более эффективный по производительности по сравнению с сетями Token Ring метод передачи данных,
который называется ранним освобождением маркера – ETR (Early
Token Release). При этом методе станция, передав данные в течение
времени ТУМ (тайм-аут удержания маркера), передает маркер дальше, не дожидаясь прихода к ней кадров данных, переданных ранее.
Итак, сеть FDDI обладает широкими функциональными возможностями и повышенной помехоустойчивостью.
21
3. ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ГЛОБАЛЬНЫЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ
СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ
3.1. Аппаратура и стек протоколов
Целью создания данной технологии является необходимость
передачи трафика существующих цифровых каналов как американских и японских T1-T3, так и европейских E1-E3 с помощью
высокоскоростной магистральной сети на основе ВОЛС.
Международный стандарт SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
и стандарт SONET (Synchronous Optical Nets) обеспечивают:
– аппаратура и стеки SDH и SONET совместимы;
– могут мультиплексировать входные потоки любого стандарта
PDH.
Различаются технологии SONET и SDH лишь в терминологии и
в начальной скорости.
В стандарте SDH уровни скоростей и форматы кадров называются STM-n (Synchronous Transport Module level n), а в стандарте
SONET они называются STS-n (Synchronous Transport Signal level n)
при передаче данных электрическим сигналом или OC-n (Optical
Carrier level n) при передаче данных с помощью света.
Начальная скорость иерархии SDH определена в 155,520 Мбит/с,
чтобы сохранялась преемственность с технологией PDH. При этом
канал SDH может передавать данные уровня DS-4 (скорость 139,264
Мбит/с технологии PDH).
Любая скорость технологии SONET/SDH кратна скорости STS-1 (51,
840 Мбит/с). Здесь некоторая избыточность скорости 155,520 Мбит/
с передачи данных объясняется большими расходами на служебные
заголовки кадров SONET/SDH.
Кадры данных технологий SONET/SDH называются циклами.
Они совпадают, начиная с уровня STS-3/STM-1. Кадры с большей
избыточностью, так как передают большее количество служебной
информации для достижения следующих целей:
– обеспечения гибкой схемы мультиплексирования потоков данных разных скоростей, позволяющих вставлять и извлекать пользовательскую информацию разного уровня скорости;
– обеспечения отказоустойчивости сети;
– поддержки операций контроля и управления на уровне протокола сети;
– синхронизации кадров в случае небольшого отклонения двух
сопрягаемых сетей [5].
22
STS -n
T1
T
STS-m
E1
RG
T3
RG
E3
Мультиплексор
Мультиплексор
ввода/вывода
Мультиплексор
Рис. 3.1. Структурные элементы сети SONET
Основные структурные элементы сети SONET/SDH показаны на
рис. 3.1.
Терминальные устройства (Terminal,T) принимают пользовательские данные от низкоскоростных каналов типа T1/E1 или T3/
E3 и переводят их в кадры STS-n.
Мультиплексоры принимают данные от терминальных устройств
и мультиплексируют потоки данных разных скоростей STS-n в кадры более высокой иерархии STS-m. Мультиплексоры «ввода-вывода» (ADD-Add/Drop Multiplexor) могут принимать и передавать транзитом поток определенной скорости пользовательских данных, принимаемых с низкоскоростных входов и вставлять или удалять эти
данные без полного демультиплексирования, что является большим
преимуществом. Регенераторы сигналов служат для восстановления
формы и мощности сигналов. Цифровые кросс-коннекторы (DCCDigital Cross-Connector), которые на рис. 3.1 не показаны и иногда
называемые аппаратурой оперативного переключения (АОП), предназначены для мультиплексирования и постоянной коммутации высокоскоростных потоков STS-n различного уровня между собой. Эти
кросс-коннекторы являются разновидностью мультиплексора.
На рис. 3.2 приведен стек протоколов сети SONET/SDH.
Физический уровень, который в стандарте называется фотонным (photonic), имеет дело с кодированием бит информации с по23
Данные
Данные
Тракт
Линия
Кадр
Секция
Свет
Физ. уровень
Терминал (Т)
Регенератор
Мультиплексор
Терминал (Т)
Рис. 3.2. Стек протоколов сети SONET/SDH
мощью модуляции света. Для кодирования применяется метод
NRZ (Non Return to Zero).
Уровень секции (section) предназначен для поддержания физической целостности сети. При этом секцией называется каждый
непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля (ВОК), который соединяет пару устройств SONET/SDH между собой, например, мультиплексор и регенератор. Протокол секции имеет дело
с кадрами, На основе служебной информации он может проводить
тестирование секции и поддерживать операции административного контроля. Заголовок секции всегда начинается с двух байт
11110110.00110100, которые являются флагами. Следующий байт
определяет уровень кадра STS-1, STS-2 и т. д. За каждым типом кадра закреплен определенный формат.
Уровень линии (line) отвечает за передачу данных между двумя мультиплексорами. Протокол этого уровня работает с кадрами
разных уровней STS-n для выполнения различных операций мультиплексирования и демультиплексирования и вставки и удаления
пользовательских данных. Таким образом, линией называется поток кадров одного уровня между двумя мультиплексорами. Протокол линии проводит также операции реконфигурации в случае
отказа оптоволокна, порта или соседнего мультиплексора.
Уровень тракта (path -путь) отвечает за доставку данных между
двумя конечными пользователями сети. Тракт или путь – это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол
тракта должен принимать данные, поступающие в пользовательском формате, например, T1/E1 и преобразовать их в синхронные
кадры STS-n/STM-m.
24
Регенераторы работают с протоколами двух нижних уровней и
отвечают за качество сигнала и поддержание операций тестирования и управления сетью.
Мультиплексоры работают с протоколами трех нижних уровней
и выполняют функцию мультиплексирования кадров STS-n разных уровней.
Терминалы и мультиплексоры «ввода-вывода» выполняют функции четырех уровней.
3.2. Форматы кадров сетей SONET/SDH
Формат кадра STS-1 представлен на рис. 3.3. Кадры технологии
обычно представляются в виде матрицы, содержащей n строк и m
столбцов, что хорошо представляет структуру кадра с подкадрами.
Эти подкадры называются виртуальными контейнерами (VC –
Virtual Container – терминология SDH) или виртуальными притоками (VT – Virtual Tributaries – терминология SONET). Виртуальные контейнеры – это подкадры, которые переносят потоки данных, скорости которых ниже чем начальная скорость технологии
SONET/SDH в 51,840 Мбит/ с (например, поток данных Т1 со скоростью 1,5444 Мбит/c).
Кадр STS-1 cодержит 9 строк и 90 столбцов, таким образом 810
байт данных. Первые три байта каждой строки – это служебные заголовки. Первые три строки (3 байта в каждой строке) представляют
собой заголовок из 9 байт протокола уровня секции и содержат дан90 байт
3 байта
Заголовок
секции
(3 строки)
Адм. указатель
Заголовок
линии (5 стр)
Заголовок пути 9*1 байт
Рис. 3.3. Формат кадра STS-1
25
ные, необходимые для контроля и реконфигурации секции. Остальные 6 строк составляют заголовок протокола линии, который используется для реконфигурации, контроля и управления линией.
Устройства сети SONET/SDH имеют достаточную буферную память для размещения в ней всех байт кадра, Поэтому устройства
для анализа информации имеет достаточно полный доступ ко всем
частям кадра. Благодаря этому служебная информация может располагаться в несмежных байтах.
Заголовок протокола пути располагается еще в одном столбце.
Этот заголовок используется для указания местоположения виртуальных контейнеров внутри кадра, если кадр переносит данные,
полученные с низкоскоростных пользовательских каналов типа
T1/E1.
Местоположение виртуальных контейнеров задается не жестко, а с помощью системы указателей (pointers). Эти указатели обеспечивают синхронную передачу байт кадров, несмотря на асинхронный характер вставляемых и удаляемых данных. Указатели
используются на разных уровнях. С помощью указателей выполняется выделение поля данных кадра из синхронного потока байт.
Несмотря на то, что синхронизация всех устройств сети тактовой
частотой синхронизации производится из одного центрального
источника, синхронизация между различными сетями может незначительно отличаться. Для компенсации этого эффекта началу
поля данных кадра разрешается смещаться относительно начала
синхронного кадра произвольным образом. Для этого используется указатель первого байта поля данных SPE (Synchronous Payload
Environment). Использование указателей приведено на рис. 3.4.
КадрSTS-1
Заголовок
линии
3 байта
Н1
Кадр STS-1
Заголовок пути VC с Данными канала T1
3*9= 27 байтов
Рис. 3.4. Использование указателей для поиска данных в кадре
26
Реальное положение SPE задается указателем H1, который размещается в заголовке протокола линии. Каждый узел сети, поддерживающий протокол линии, обязан следить за частотой поступающих данных и компенсировать ее несовпадение с собственной частотой путем
вставки или удаления одного байта из служебного заголовка. Затем
узел должен увеличить или уменьшить значение SPE относительно
начала кадра STS-1. При этом поле данных может размещаться в двух
последовательных кадрах, как показано на рис. 3.4. Этот же прием
применяется для вставки или удаления данных в потоке STS-n.
Рассмотрим работу узлов сети при вставке данных. При этом режиме мультиплексор формирует виртуальный контейнер и, пользуясь указателем H1, находит начало очередного поля данных. Затем мультиплексор анализирует заголовок пути и находит в нем
указатель H4, который описывает структуру контейнеров, находящихся в кадре. Обнаружив свободный контейнер нужного формата
(например, 24 байта для канала T1), он вставляет эти байты в нужное место поля данных кадра STS-1.
Аналогично производится поиск начала данных этого канала
при выполнении операции удаления пользовательских данных.
3.3. Размещение ячеек АТМ в кадрах сетей
синхронной цифровой иерархии
Рекомендация СС МСЭ I.311 определила, что SDH является основой физического уровня B-ISDN, построенных на основе технологии АТМ как на сетевом уровне, так и в сети доступа в интерфейсе «пользователь-сеть».
Физический уровень с точки зрения систем передачи делится на
слои: слой регенераторной секции, слой мультиплексорных участков и слой цифрового тракта связи. Перенос информации осуществляется синхронными транспортными модулями STM, которые
содержат информацию пользователя и служебную информацию и
имеют кадровую структуру.
На рис. 3.5 приведено использование кадра STM-1 для переноса
ячеек АТМ.
Синхронный транспортный модуль STM-1 кроме информационной нагрузки имеет избыточную (служебную) нагрузку (OH-Over
Head), которая обеспечивает функции контроля, эксплуатации и
технического обслуживания и ряд других служебных функций.
Служебная нагрузка слоя секций называется секционной служебной нагрузкой (SOH-Section OH). Слой секций делится на слой
27
9 байт
261 байт
Виртуальный
RSOH
(3 строки)
Виртуальный
контейнер 4-го порядка
Адм. указатель
MSOH
(5 строк)
J1
B3
C2
Ячейка
Ячейка
G1
F2
H4
Ячейка АТМ
Z3
Ячейка
Ячейка
Z4
Z5
Cлужебная нагрузка тракта ( POH )
Рис. 3.5. Использование кадра STS-1 для переноса ячеек АТМ
регенераторных секций и слой мультиплексорных секций. В связи
с этим SOH делится на служебную нагрузку регенераторной секции
(RSOH) и служебную нагрузку мультиплексорной секции (MSOH).
При этом служебные байты используются для подсчета ошибок и
других технологических операций и функций. Служебная нагрузка RSOH передается между регенераторами, а служебная нагрузка
MSOH передается между пунктами, в которых формируются или
расформировываются транспортные модули.
При использовании STM-1 для транспортирования ячеек поток
ячеек АТМ размещается в контейнеры 4-го порядка. Таким образом, в STM-1 для переноса ячеек АТМ выделяется пропускная способность, равная
(9 ⋅ 260 ⋅ 8) áèò
125 ⋅10−6 ñ
= 149,760 Ìáèò/ñ.
При этом следует иметь в виду, что указатель пути POH находится в поле данных и занимает целый столбец в 9 байт.
28
Размер контейнера 4-го порядка размером (9*260 = 2340), не
кратен размеру ячейки АТМ в 53 байта. Так как объем контейнера заполняется полностью, то очередная ячейка может пересекать
границу контейнера. Затем к контейнеру 4-го порядка добавляется
служебная нагрузка тракта (POH-Path OH). При этом образуется
виртуальный контейнер 4-го порядка (VС-4). Затем виртуальный
контейнер 4-го порядка записывается в синхронный транспортный
модуль. При этом 1-й байт виртуального контейнера может находиться в любом месте STM-1, исключая первые девять колонок.
Административный указатель используется для того, чтобы
найти первый байт виртуального контейнера 4-го порядка.
3.4. Административное управление в сетях
синхронной цифровой иерархии
Плоскость менеджмента охватывает функции менеджмента
уровнями и менеджмента плоскостями. Менеджмент уровнями
имеет четкую уровневую структуру и стыки с физическим уровнем, уровнем АТМ, уровнем адаптации АТМ и высшими уровнями
в плоскостях пользователя и управления. Он обеспечивает мониторинг этих уровней с целью поиска и локализации неисправностей,
проверки соответствия параметров трафика пользователя качеству
предоставляемого обслуживания. Кроме того, он осуществляет изменение конфигурации сети в интересах динамического управления, административного управления и эксплуатации и технического обслуживания (ЭТО).
Основными уровнями системы управления сетями АТМ и сетями синхронной цифровой иерархии являются:
– уровень управления элементами сети;
– уровень управления сетью в целом;
– уровень управления услугами;
– уровень управления бизнесом.
МОС определила следующие функциональные сферы сетевого
управления:
– управление восстановлением;
– управление производительностью;
– управление конфигурацией сети;
– организация сбора статистики и учета;
– управление безопасностью.
Основной подсистемой в системе административного управления сетями является подсистема эксплуатации и технического об29
служивания, которая обеспечивает обнаружение и локализацию
неисправностей и восстановление нормальной работы. Данная подсистема обеспечивает выполнение следующих функций:
– тестового контроля параметров производительности;
– локализацию неисправностей;
– выработку решений по восстановлению отказов;
– автоматическую настройку технических средств после восстановления;
– аварийную сигнализацию;
– формирование служебных сообщений и передачу служебной
информации ЭТО в базы данных;
– отображение служебной информации ЭТО обслуживающему
персоналу.
Уровни и потоки информации ЭТО
Эталонная архитектура потоков ЭТО и их связь с потоками
управления сетей синхронной цифровой иерархии имеет ряд уровней, которые имеют соответствующие обозначения. При этом
F1 – поток информации ЭТО регенерационной секции SDH;
F2 – поток информации ЭТО мультиплексорной секции SDH;
F3 – поток информации ЭТО уровня тракта передачи SDH;
F4 – поток информации ЭТО виртуального пути уровня АТМ;
F5 – поток информации ЭТО виртуального канала уровня АТМ.
Потоки F4 и F5, соответствующие соединению виртуального
пути и соединению виртуального канала, называются прямыми
потоками или потоками «точка-точка». Потоки в масштабе звена
виртуального пути или звена виртуального канала называются сегментными.
Типы и форматы ячеек ЭТО
Формат ячеек ЭТО соединения виртуальных путей F4 показан
на рис. 3.6.
При этом приняты следующие обозначения:
GFC (General Flow Control) – общее управление потоком;
VCI (Virtual Canal Identifier) – идентификатор виртуального канала;
VPI (Virtual Path Identifier) – идентификатор виртуального
пути;
PTI (Payload Type Identifier) – идентификатор типа полезной нагрузки;
CLP (Cell Loss Priority) –приоритет потери ячейки;
30
Заголовок 5 байт
Информационное поле 48 байт
GFC VPI VCI PTI CLP HEC
Поле
Тип
Назначение специальных
OAM
типа
функций
(4 бита)
(4 бита)
(45 байт)
Резерв
(6 бит)
СRC
(10 бит)
Рис. 3.6. Формат ячеек ЭТО соединения виртуальных путей F4
Заголовок 5 байт
Информационное поле 48 байт
GFC VPI VCI PTI CLP HEC
Поле
Вид
Тип выполн. специальных
OAM
функций
функций
(4 бита)
(4 бит)
(45 байт)
Резерв
(6 бит)
СRC
(10 бит)
Рис 3.7. Формат ячеек ЭТО виртуальных каналов F5
HEC (Header Error Control) – контроль ошибки в заголовке;
OAM (Operation and Maintenance) – эксплуатация и техническое
обслуживание;
CRC (Cyclic Redundancy Code) – циклический избыточный код.
Потоки информации ЭТО F4 уровня виртуального пути для
идентификации потока «точка-точка» используют значения виртуального канала VCI = 4, а для сегментных потоков VCI = 3. Поле
специальных функций 45 байт.
Формат ячеек ЭТО соединения виртуальных каналов F5 показан
на рис. 3.7.
При этом VPI и VCI имеют такие же значения, как и у ячеек пользователя. Для потока ячеек ЭТО F5 типа «точка-точка» PTI = 101,
а для сегментных потоков PTI = 100. Поле специальных функций
45 байт.
Информация, содержащаяся в ячейках ЭТО F4 и F5, может относиться к процессам обнаружения и локализации отказов в сетях
АТМ, к контролю параметров производительности сети и ее элементов и к активизации и деактивации процессов ЭТО. Для обнаружения отказов, определения места их возникновения и принятия
решения об их локализации используются специальные ячейки.
31
Ячейка AIS (Alarm Indication Signal) служит для указания сигналов аварии, ячейка RDI (Remote Defect Indication) предназначена для указания об удаленной неисправности и FERF (Far End
Reporting Fail) сообщение удаленного терминала об отказе, ячейка
CC (Continuity Check) предназначена для проверки непрерывности
и ячейка Loopback для проверки шлейфом.
Для проверки производительности сети и ее элементов используются ячейки выполняющие функции прямого мониторинга (Forward Monitoring), сообщения о результатах мониторинга
(Backward Monitoring) и мониторинга и сообщения о его результатах (Monitoring and Reporting).
Для активации и деактивации процессов ЭТО используются
ячейки, выполняющие функции мониторинга производительности
(Performance Monitoring) и проверки непрерывности Continuity
Check.
Далее представлена кодировка полей служебных ячеек.
Таблица 4.1
Вид OAM
Код поля
«вид
«OAM»
Обнаружение,
определение места
возникновения и
локализация отказов
0001
Контроль
производительности
0010
Активация
и деактивация
процессов ЭТО
1000
Выполняемые функции
Указание аварии
Указание об удаленном
дефекте
Проверка непрерывности
Проверка шлейфом
Прямой мониторинг
Сообщение о результатах
мониторинга
Мониторинг и сообщение
о результатах мониторинга
Мониторинг
производительности
Проверка непрерывности
Код поля
«Тип
функций»
0000
0001
0100
1000
0000
0001
0010
0000
0001
3.5. Управление техническим состоянием сети АТМ
и ее элементов
Управление техническим состоянием сети АТМ и ее элементов
должно определить сам факт отказа, место отказа и произвести локализацию отказа. Для этого используются следующие служебные
ячейки:
– указания аварии AIS;
32
– указания об удаленном дефекте или неисправности RDI/FERF;
– проверки непрерывности (Continuity Check);
– проверки шлейфом (Loopback).
Поиск отказов
Поле специфических функций ячеек AIS и RDI/FERF представлено на рис. 3.8. При этом принято следующее:
* – кодирование по умолчанию = 6A Hex для всех октетов.
Рассмотрим возможности ячеек и на двух примерах.
1. Пусть между сетевыми узлами 2 и 3 произошел отказ физического уровня в обоих направлениях (рис. 3.9). Обозначим отказы в каждом направлении как «Отказ-А» и «Отказ-В». Пусть узел
3 обнаружил сам факт «Отказ-А», а узел 2 – «Отказ-В». При этом
порядок действий будет следующим. Узел 3 вырабатывает ячейку
AIS-A и посылает ее «вниз по течению» в сторону узла 4. Узел 4 получает ячейку AIS с указанием предполагаемого типа отказа и места отказа и формирует и посылает «по течению» в сторону узла 3
сообщение RDI/FERF об «Отказе-А». Аналогично узел 2 после того
как обнаружил «Отказ-В» вырабатывает ячейку AIS-B и посылает
«вниз по течению» узлу 1 ячейку AIS-В.
Узел 1 принимает ячейку и посылает сообщение RDI или FERF
об «Отказе-B».
Тип отказа
(1 байт)*
Место отказа
(9 байт)
Не используется (35 байт)
Рис. 3.8. Формат поля специальных функций ячеек
AIS и RDI/FERF
Ячейка RDI/FERF
1
2
Ячейка AIS- B
Ячейка AIS-A
Отказ -А
3
Отказ - В
4
Ячейка RDI/FERF
Рис. 3.9. Случай отказа в обоих направлениях
33
Отказ-A
1
2
Ячейка AIS-A
3
4
Ячейка RDI/FERF
Рис. 3.10. Случай отказа в одном направлении
2. Между сетевыми узлами 2 и 3 произошел отказ физического
уровня в одном направлении (рис. 3.10).
Порядок действий будет следующим. Узел 3, находящийся ниже
по направлению места отказа, генерирует ячейку AIS-A. Узел 4 генерирует сигнал RDI или FERF, который поступает к узлу 1. В результате данный метод позволяет обнаружить факт и место возникновения как двусторонних, так и односторонних отказов физического
уровня и сообщить об этом в систему управления сетью. Но данный
метод не может обнаружить случаи неправильного назначения и
неправильной трансляции идентификаторов виртуальных путей
или виртуальных каналов в коммуникационном оборудовании. Это
приводит к потере пакетов АТМ или доставке их не по адресу. Но
такие неисправности определяются с помощью ячеек «Loopback».
Операция проверки «Шлейфом»
Эта операция выполняется с помощью ячеек «Loopback» позволяет выявить место неисправностей этого типа. На рис. 3.11 представлена структура поля специальных функций ячейки ЭТО данного типа.
При этом приняты следующие обозначения:
* кодирование по умолчанию = «6A» Hex для всех октетов;
** поле, интерпретируемое при приеме ячейки.
Поле специальных функций содержит 26 байт:
– поле идентификатора шлейфа – 1 байт (7 первых бит заполняются нулями);
– поле корреляционной метки – 1 байт;
Идентификатор
шлейфа
(1 байт) **
Корреляционная Идентификатор Идентификаметка (1 байт) места шлейфа тор источника
(12 байт)
(12 байт)
Рис. 3.11 Формат поля специальных функций
ячеек «Loopback»
34
Не
используется *
– поле идентификатора места шлейфа – 12 байт;
– поле идентификатора источника – 12 байт;
– оставшиеся байты пока не используются.
Поле идентификатора шлейфа имеет значение «1» при передаче
источником и изменяется на «0» в точке приема, которая отправляет ячейку обратно источнику. При получении ячейки с индикатором шлейфа, равном 0, источник уничтожает ячейку. Этим самым не допускается зацикливание.
Поле корреляционной метки заполняется источником и позволяет источнику идентифицировать ячейку при ее возвращении среди других ячеек ЭТО.
Поле идентификатора места шлейфа показывает, в каком месте
ячейка должна быть направлена обратно. При этом принято, что
если поле заполнено единицами, то операция «шлейф» должна
быть выполнена в оконечной точке.
Поле идентификатора источника необходимо для опознавания
ячейки и удаления ее после возвращения к источнику.
Операция проверки шлейфом может выполняться оконечными
и сетевыми узлами.
Пример использования операции «шлейф» приведен на рис. 3.12.
Пусть имеется две оконечные точки 1 и 2, между которыми должно
существовать соединение виртуального пути, проходящего через 2
сети, которые обозначены как «Cеть 1» и «Сеть 2». Пусть в каждой
сети имеется по 3 сетевых узла с номерами N1, N2 и N3.
На рис. 3.12, а показана проверка соединения виртуального
пути посредствам прямого шлейфа между оконечными точками 1
и 2. Если соединение существует, то проверка закончена. Если соединение нарушено, то любая сеть путем последовательной организации сегментных шлейфов может выявить место отказа.
На рис. 3.12, б показана проверка исправности соединения между оконечной точкой 1 и сетевым узлом N1 Сети 1.Если соединение
исправно, то место повреждения, которое все же существует, может
быть выявлено путем последовательного проведения операции сегментного шлейфа.
На рис. 3.12, в показано проведение данной операции между сетевым узлом N1 и сетевым узлом N3 Сети 1 с целью проверки исправности соединения виртуального пути Сети 1. Если соединение
нарушено, то с помощью операций сегментного шлейфа проверяется Сеть 1. Если соединение исправно, то место повреждения, которое все же существует, может быть выявлено путем последовательного проведения операции сегментного шлейфа.
35
Сеть 2
Сеть 1
а)
1
N1
N3
N1
N3
2
б)
1
N1
N3
N1
N3
N1
N3
2
N3
2
2
в)
1
N1
N3
г)
1
N1
N3
N1
Рис. 3.12. Пример операции проверки шлейфом
На рис. 3.12, г показано проведение данной операции между сетевым узлом N1 Сети1 и сетевым узлом N3 Сети 2 с целью проверки
исправности соединения виртуального пути Сети 2. Если соединение нарушено, то с помощью операций сегментного шлейфа проверяется Сеть 2.
Метод проверки с помощью шлейфа обладает высокой эффективностью.
Проверка непрерывности
Для обнаружения факта отказа или неисправности и места ее
возникновения применяется также ячейка ЭТО СС («Continuity
Check» – проверка непрерывности). Проверка заключается в том,
что оконечная точка периодически с заданным интервалом передает ячейки ЭТО типа СС, что позволяет обнаружить факт отказа оконечной точке и всем промежуточным точкам соединения. Данную
идею можно расширить. При пропадании ячеек в течение опреде36
а) Начальное соединение виртуального пути
VPI=1
1
VPI=17
N1
Ячейка CC
VPI=31
N2
VPI=1
VPI=17
N1
1
VPI=1
N2
VPI=1
N3
2
Ячейка СС
VPI=17
N1
Ячейка СС
VPI=13
в) Извещение об отказе
2
N3
б) Ошибочное изменение виртуального пути
1
VPI=1
VPI=13
N2
VPI=1
2
N3
Ячейка RDI/FERF
Рис. 3.13. Использование ячеек OAM типа « Continuity Cheek»
для обнаружения отказа
ленно заданного времени (в зависимости от длины испытуемого
участка, скорости передачи и т. д.) в пределах, как правило, 2…20
с генерируется ячейка ЭТО типа RDI/FERF.
Соединение виртуального пути для трех сетевых узлов показано
на рис. 3.13, а. На сетевом узле N2 произошел сбой в таблице маршрутизации, который прервал поток ячеек ЭТО типа СС, что показано на рис.3.13, б. На рисунке 3.13, в показано, что сетевой узел
N3 перестал получать ячейки ЭТО типа СС и послал извещение об
отказе, то есть послал ячейку ЭТО типа RDI/FERF. Метод обладает
высокой эффективностью.
37
4. МЕТОДЫ МАРШРУТИЗАЦИИ И КОММУТАЦИИ
В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
4.1. Множественные маршруты в протоколе OSPF
Если между двумя узлами сети существует несколько маршрутов с одинаковыми или близкими метриками, протокол OSPF
позволяет направлять части трафика по этим маршрутам в пропорции, соответствующей значениям метрик. Например, если существуют два альтернативных маршрута с метриками 1 и 2, то две
трети трафика будет направлено по первому пути, а оставшаяся
часть (треть) – по второму. При этом уменьшается средняя задержка прохождения дейтаграмм между отправителем и получателем, а
также уменьшается колебания значений средней задержки.
Кроме того, уменьшается время восстановления режима нормальной работы. Суть этого процесса заключается в следующем.
Если при использовании только одного из возможных маршрутов
и этот маршрут внезапно выходит из строя, весь трафик будет направлен на альтернативный маршрут, но при этом при больших
объемах информации велика вероятность затора на новом маршруте. Если до аварии использовалось разделение трафика по нескольким маршрутам, то отказ одного из них вызовет изменение
маршрутизации только части трафика, что уменьшает вероятность
заторов и их последствия меньше сказываются. На рис. 4.1 приведен пример OSPF-системы с множественными маршрутами.
Пример.
Пусть имеется два маршрута между узлами 1 и 3 (рис. 4.2) с метриками, равными единице на каждой линии связи.
1
2
2
A
K
5
2
E
B
1
1
4
C
1
3
3
D
Рис. 4.1. Пример OSPF-системы
с множественными маршрутами
38
A
1
1
2
1
C
B
3
1
Рис. 4.2. Пример фрагмента сети и ситуации
по поддержке множественных маршрутов
Пусть узел 1 использует поддержку множественных маршрутов
и отправляет данные в узел 3. Тогда 2/3 трафика пойдет по маршруту С, а 1/3 трафика по маршрутам A и B. Пусть узел 2 также
использует поддержку множественных маршрутов. Когда к нему
прибывают дейтаграммы, адресованные в узел 3, в том числе отправленные из узла 1, он применяет тот же алгоритм, т. е. 2/3 трафика отправляются в узел 3 по маршруту B, а одна треть – по маршрутам A и C. Следовательно, 1/9 дейтограмм, отравленных узлом
1 в узел 3, возвращается опять в узел 1, а тот 1/3 трафика опять
отправляет в узел 3 по маршруту С, а 2/3 трафика по маршруту A и
B через узел 2 и т. д. В результате формируется «частичный цикл»
при посылке дейтаграмм из узла 1 в узел 3,который ведет к частичному зацикливанию дейтограмм и перегрузке линии A. Чтобы избежать зацикливания необходимо применять правило: если узел X
отправляет данные в узел Y, он может пересылать их через узел Q
только в том случае, если Q ближе к Y, чем X.
4.2. Принципы работы коммутаторов
На принципы построения коммуникационных устройств современных вычислительных сетей существенное влияние оказывают
два фактора: необходимость высокой скорости работы коммутатора и стохастический характер потока пакетов. Коммутатор имеет
в своем составе несколько подсистем. Транспортная подсистема
коммутатора отвечает за правильную транспортировку пакетов от
соответствующего входного порта коммутатора до соответствующего выходного порта с требуемым качеством обслуживания. При
этом коммутация, т. е. перенос пакетов от входов коммутатора до
соответствующих выходов, сочетается с мультиплексированием и
демультиплексированием трафика.
В коммуникационных системах должны реализовываться две
функции: пространственная и временная коммутация.
39
Коммутаторы
С общей
памятью
Матричные
структуры
С общей
средой
Баньяновидного
типа
Буферизированные
структуры
С пространственным
разделением
С N2 пространственным
разделением
Структуры
Бэтчера
Рис. 4.3. Классификация коммуникационного оборудования
В вычислительных сетях часто нет концепции заранее установленного временного интервала, поэтому при одновременном соревновании двух или нескольких логических каналов за один временной интервал возникает ситуация соревнования. Эта ситуация
разрешается за счет организации очередей пакетов. Коммутаторы
должны обладать способностью организации и ведения очередей.
При пространственной коммутации могут возникнуть блокировки,
приводящие к потере пакетов.
Основными характеристиками коммутаторов являются:
– пропускная способность
– временные задержки;
– динамический разброс временных задержек;
– вероятность потери пакетов из-за переполнения буферных
устройств.
Все коммутаторы делятся на три типа (рис. 4.3)
– с общей памятью;
– с общей средой;
– с пространственным разделением.
На рис. 4.3 представлена классификация коммутационного оборудования.
4.2. Коммутаторы с общей памятью
Структура коммутатора представлена на рис. 4.4.
Все входные и выходные контроллеры непосредственно соединены с общей памятью, которая является доступной для записи
пакетов со всех входных контроллеров и для чтения пакетов со
40
1
Входной
контролер
Выходной
контроллер
1
Выходной
контроллер
N
Память
N
Входной
контролер
Рис. 4.4. Базовая структура коммутатора с общей памятью
всех выходных контроллеров. При этом должны выполняться два
основных требования. Во-первых, время, необходимое процессору
для того, чтобы определить в какую очередь поставить поступивший пакет, должно быть достаточно мало, чтобы процессор успевал справиться с интенсивным потоком поступающих данных.
Поэтому в коммуникационной системе должен быть специальный
процессор, способный в течение временного цикла обрабатывать
последовательно N входных пакетов и выбирать N пакетов для последующей передачи. Во-вторых, скорость записи и считывания
должна быть достаточно велика, чтобы в течение временного цикла
обслужить полностью входной и выходной трафик.
Необходимая скорость записи/считывания может быть определена следующим образом. Если число портов равно N, а скорость
обмена через порт равна V, то скорость записи/считывания равна
2NV. Например, для сетей АТМ для 32-канального коммутатора
со скоростью канала V = 155 Мбит/с скорость записи/считывания
должна быть 2×32×155 Мбит/c = 9920 Мбит/c = 9,92 Гбит/c.
4.3. Коммутаторы с общей средой
В этих коммутаторах пакеты, поступающие по входным каналам, мультиплексируются в общую среду с высокой скоростью передачи. В качестве такой среды могут выступать общая (разделенная во времени) шина или кольцевая структура (рис. 4.5). При этом
приняты следующие обозначения:
АФ – адресный фильтр;
Пс/Пр – преобразователь последовательный/параллельный;
Пр/Пc – преобразователь параллельный/последовательный.
Если в качестве общей среды используется параллельная шина,
то ее скорость передачи должна быть в N раз больше, чем скорость
передачи по одному входу.
41
Вход 1
Пс / Пр
АФ
Вход N
Пс / Пр
АФ
Буфер
FIFO
Буфер
FIFO
Пр / Пс
Пр / Пс
Выход 1
Выход N
Рис. 4.5. Базовая конфигурация коммутатора с общей шиной
Каждый выходной канал присоединен к общей шине через интерфейс, содержащий адресный фильтр и выходной буфер типа FIFO.
Адресный фильтр в каждом интерфейсном блоке определяет,
следует ли записывать пакет в буфер в зависимости от значений
адреса получателя.
Коммутаторы с общей средой и с коллективной памятью осуществляют мультиплексирование всех поступающих пакетов
в один общий поток и в дальнейшем производят демультиплексирование общего потока пакетов на отдельные потоки пакетов по
одному на каждый выход. Демультиплексирование производится
адресными фильтрами. В данной структуре наблюдается полностью раздельное использование памяти выходами коммутатора.
В качестве блоков буферной памяти используется память типа
FIFO.
4.4. Коммутаторы с пространственным разделением
В коммутаторах этого типа может быть установлено несколько
соединений от входов к выходам. При этом скорость передачи по
каждому соединению может быть равна скорости передачи по каждому каналу.
Коммутаторы с пространственным разделением могут быть разбиты на три группы:
– матричные;
– баньяновидные (древовидные);
– с N2 раздельными соединениями.
Базовая модель коммутатора с пространственным разделением
(рис. 4.6) имеет N входов и N выходов, N разветвителей (демультиплексоров) по одному на каждом входе, N2 буферов и N концентраторов (мультиплексоров) по одному на каждый выход.
42
Буферы
Разветвители
1
Концентраторы
1
1
1
N
Входные
каналы
1
N
N
Выходные
каналы
N
N
Рис. 4.6. Базовая модель коммутатора
с пространственным разделением
На каждом входе коммутатора имеется разветвитель (демультиплексор), который направляет пакет в N разных буферов (по одному на каждый выходной порт). Каждая выходная линия подключена к концентратору (мультиплексору), который подключает все N
буферов к выходной линии.
Матричные (перекрестные) коммуникационные
структуры
Матричная коммуникационная структура содержит массив из переключателей по одному на каждую пару «вход – выход» (рис. 4.7, а).
Каждый переключатель может находится в сквозном или перекрестном состоянии (рис. 4.7, б). В сквозном состоянии ключа горизонтальный вход соединяется с горизонтальным выходом, а
вертикальный вход с вертикальным выходом. В перекрестном состоянии ключа горизонтальный вход соединяется с вертикальным
выходом, а вертикальный вход с горизонтальным выходом. Если
ключ, находящийся в i-й cтроке и j-м столбце, находится в перекрестном состоянии, то происходит соединение i–го входа коммутатора с j-м выходом.
Требуемые переключения ключей в перекрестное состояние могут осуществляться каждым пакетом, если в нем содержится номер
требуемого выходного порта. При этом не требуется дополнительной информации относительно всех других поступающих пакетов
43
а)
1
Входной
контроллер
2
Входной
контроллер
N
Входной
контроллер
Выходной
контроллер
1
б)
Выходной
контроллер
Выходной
контроллер
2
N
Вертикальный вход
Горизонтальный
вход
Горизонтальный
выход
Вертикальный
выход
Перекрестное
состояние
Сквозное
состояние
Рис. 4.7. Коммутатор матричного типа; а – коммуникационная
структура; б – состояния переключателей (ключей)
и требуемых ими выходных портов. Таким образом, данная коммуникационная структура обладает свойством самомаршрутизации.
Однако если в одном временном интервале на входные порты поступают несколько пакетов и все они должны быть направлены к одному выходу, то только один пакет будет направлен к необходимому
выходу, а остальные пакеты могут быть утеряны или сохранены,
если они будут занесены в специальные буферные устройства. В последнем случае пакеты будут передаваться на необходимый выход,
но в других временных интервалах. Буферные устройства могут
быть расположены в узлах матрицы или на входах коммутатора.
Коммутаторы баньяновидного (древовидного) типа
Рассмотрим реализацию разветвителей и концентраторов с помощью элементарных (2×2) переключателей, которые могут на44
ходиться в одном из двух состояний: сквозном или перекрестном.
Разветвитель на 2k выходов может быть реализован в виде двоичного дерева с k разветвлениями с помощью (N-1) элементарных (2×2)
переключателей.
На рис. 4.8 представлен разветвитель на восемь выходов с тремя разветвлениями и возможное положение переключателей (ключей).
Разветвитель на N = 2k выходов может быть построен в виде двоичного дерева c k разветвлениями на (N-1) двоичном коммуникационном элементе. В каждом таком дереве имеется единственный
путь от корня дерева (входа) до каждого из листьев (выходов). Такой разветвитель обладает свойством самосинхронизации. Концентратор имеет такую же структуру, но в качестве корня выступает
выходной канал.
В таком многокаскадном коммутаторе требуемое число переключателей равно 2N2–N, т. е. примерно в два раза больше, чем в коммутаторе матричного типа. При этом требуется N2 промежуточных
буферов и N2 соединений между разветвителем и концентратором.
Сквозное состояние
1
000
2
001
3
010
4
011
5
100
6
101
7
8
110
111
Перекрестное состояние
Рис. 4.8. Разветвитель на восемь выходов с тремя разветвлениями
и состояния переключателей
45
Путем добавления пар входных каналов можно соединить между
собой N входов и N выходов, используя только
N
  × log2 N
2
элементарных двоичных переключателей (рис. 4.9).
При этом в коммутаторах подобного вида наблюдается сокращение количества переключателей по сравнению с другими схемами
их построения, но имеется возможность возникновения внутренних конфликтов (блокировок). Данное явление имеет место в тех
случаях, когда на переключатель поступают два пакета, которые
должны быть направлены на один выход или пакеты не предназначены для одного и того же выхода. Существует большое разнообразие многокаскадных структур. Независимо от конкретной реализации все многокаскадные структуры, имеющие N входов и N
выходов, обладают следующими свойствами:
– существует единственный путь от входного канала к выходному;
– коммутаторы с большим числом входов и выходов на основе
БИС;
– установление соединения может быть выполнено децентрализовано с помощью процедуры самомаршрутизации;
– возможно одновременно установление не более N соединений;
1
1
2
5
3
3
4
7
5
2
6
6
7
4
8
8
Рис. 4.9. Многокаскадная структура для соединения
восьми входов с восемью выходами
46
Рециркулятор с разделяемой памятью
N+M
N Сормировщик
Сеть ловушка
N+M
Концентратор
N
Коммуника ционная
сеть типа
баньян
Рис. 4.10. Баньяновидная коммуникационная
структура Бэтчера
– структура соединений является регулярной и модульной, что
позволяет строить коммутаторы с большим числом входов и выходов на основе БИС.
Основными способами преодоления внутренних блокировок и
повышения пропускной способности является размещение буферной памяти в местах возможного возникновения блокировок. На
этом принципе строятся буферизованные структуры баньяновидного типа.
Баньяновидная коммуникационная структура Бэтчера содержит ряд дополнительных устройств, с помощью которых разрешаются внутренные конфликты и конфликты на выходе (рис. 4.10).
В баньяновидной коммуникационной структуре Бэтчера пакеты сначала поступают в так называемый сортировщик. В нем они
расставляются в соответствии со своими адресами. При их направлении в коммуникационную сеть с самомаршрутизацией внутренних конфликтов не должно быть, но могут быть конфликты между
пакетами, если они направляются на один и тот же выход. Для
преодоления выходных конфликтов сортировщик дополняется
специальным устройством (ловушкой), которое распознает в пакетах запрос одного и того же порта на выходе сортировщика путем
сравнения адресов. Во всех кратных адресных запросах оставляет
лишь первые пакеты, а остальные пакеты через цепь обратной связи – рециркулятор – вновь поступают на вход сортировщика для
дальнейшего поступления в коммуникационную сеть.
Коммутаторы с N2 раздельными соединениями
В коммутаторах этого типа предусматривается наличие физического ресурса, позволяющего установить N2 раздельных соеди47
1
2
Входы
N
Выходные
интерфейсы
1
2
Выходы
N
Рис. 4.11. Структура нокаутного коммутатора
нений между входами и выходами и тем самым достичь выходной
буферизации. Классическим примером может служить шинно –
матричная архитектура, рассмотренная выше. Другим примером
может служить так называемый нокаутный коммутатор, структура которого приведена на рис. 4.11.
Здесь используются N входных шин с множественным доступом,
N выходных шин с множественным доступом, N2 матричных буферных запоминающих устройств, в каждом из которых находится адресный фильтр, соответствующий выходной линии. В данном
случае разветвитель для входной линии содержит входную шину
и N адресных фильтров, подсоединенных к ней (на рис. 4.11 эти
фильтры находятся в N выходных интерфейсах). Таким образом,
в каждом выходном интерфейсе находится N адресных фильтров.
В качестве выходного концентратора выступает соответствующая
шина с множественным доступом. Каждый порт передает свои пакеты на широковещательную шину, к которой подключены все выходные порты.
Каждый выходной канал снабжен шинным интерфейсом, соединяющим его со всеми входными шинами. Каждый такой интерфейс содержит N адресных фильтров, которые обнаруживают
пакеты, адресованные соответствующим выходным портам. При N
параллельно работающих фильтрах выходной интерфейс способен
принять N пакетов в одном временном интервале. Поэтому входная
48
полоса пропускания (суммарная скорость) равна NV, где V – скорость передачи по одному входу.
Выходы фильтров подсоединены к N×L концентратору, который
выбирает до L пакетов из числа принятых фильтрами. Если одному
и тому же выходному каналу в данном интервале времени (цикле)
предназначено L пакетов, то в буфер заносится только L пакетов, а
остальные пакеты теряются. Это аналогично принципу «нокаута»
в олимпийской системе (из N претендентов в следующий круг выходит только L претендентов).
49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Новые информационные технологии и оптоволоконная техника позволяет передавать по вычислительным сетям разнородный
поток информации в реальном масштабе времени и с высоким качеством. Интегрированные вычислительные сети предоставляют
ряд новых услуг. Появилась возможность управления потоками
данных и распределения ресурсов не только со стороны системных
администраторов, но и со стороны пользователей с представлением им возможности определенного воздействия на сетевые коммуникационные узлы для получения необходимых ресурсов и даже
управления ими в своих интересах. Интегрированные вычислительные сети обнаруживают широкий класс ошибок и отказов в автоматическом режиме, что значительно облегчает работу сетевых
операторов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Телекоммуникационные системы и сети: учеб. пособие в 3 томах. Том 3. Мультисервисные сети / В. В. Величко, Е. А. Субботин,
В. П. Шувалов, А. Ф. Ярославцев; под ред. профессора В. П. Шувалова. М.: Горячая линия – Телеком, 2005. 592 c.
2. Смирнов А. В., Пескин А. Е. Цифровое телевидение: от теории
к практике. М.: Горячая линия – Телеком, 2005. 352 c.
3. Олифер В.Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы,
технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2006. 672 с.
4. Сети Gigabit Ethernet // Byte, Россия. 1998. N1. С. 57–63.
5. Назаров А. Н., Симонов М. В. АТМ: технология высокоскоростных сетей. М.: Эко-Тренз,1999. 252 с.
6. Кузьменко Н. Г. Компьютерные сети и сетевые технологии.
СПб.: Наука и техника, 2013. 368 c.
50
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений и сокращений............................. 3
Предисловие ............................................................................ 4
1. Вычислительные сети с интеграцией услуг................................ 1.1. Методы коммутации в ЦСИС........................................... 1.2. Услуги, предоставляемые интегрированными
вычислительными сетями.............................................. 5
5
2. Высокоскоростные локальные вычислительные сети.................. 2.1. Виды высокоскоростных ЛВС.......................................... 2.2. Высокоскоростные ЛВС Fast Ethernet
и семейство Gigabit Ethernet........................................... 2.3. Высокоскоростная сеть FDDI........................................... 10
10
3. Высокоскоростные глобальные вычислительные сети
на основе технологии синхронной цифровой иерархии................... 3.1. Аппаратура и стек протоколов......................................... 3.2. Форматы кадров сетей SONET/SDH ................................. 3.3. Размещение ячеек АТМ в кадрах сетей
синхронной цифровой иерархии..................................... 3.4. Административное управление в сетях
синхронной цифровой иерархии..................................... 3.5. Управление техническим состоянием сети АТМ
и ее элементов.............................................................. 7
10
16
22
22
25
27
29
32
4. Методы маршрутизации и коммутации
в вычислительных сетях............................................................ 4.1. Множественные маршруты в протоколе OSPF.................... 4.2. Принципы работы коммутаторов..................................... 4.2. Коммутаторы с общей памятью........................................ 4.3. Коммутаторы с общей средой........................................... 4.4. Коммутаторы с пространственным разделением................. 38
38
39
40
41
42
Заключение............................................................................. 50
Библиографический список ....................................................... 50
Учебное издание
Крылов Юрий Дмитриевич
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ
ИНТЕГРИРОВАННЫЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
Учебное пособие
Публикуется в авторской редакции
Компьютерная верстка Ю. В. Умницына
Сдано в набор 25.12.16. Подписано к печати 30.12.16. Формат 60 × 84 1/16.
Усл. печ. л. 3,02. Уч.-изд. л. 3,25.
Тираж 50 экз. Заказ № 531.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 480 Кб
Теги
krylov
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа