И вычислительных сетях

Задачей коммутации является обеспечение обмена информацией в условиях отсутствия прямого канала связи между двумя телефонными станциями. Для этого каждая станция связана с коммутируемой сетью, по которой и доставляется информация.

Мы уже упоминали о коммутации каналов и коммутации пакетов. Первая устанавливает сквозное соединение между двумя станциями, формируя выделенный канал на время разговора. Плюсом такого соединения после его установления является отсутствие каких бы то ни было схемных задержек. В отличие от коммутации каналов, коммутация пакетов была разработана для обмена данными, она использует мультиплексирование с разделением времени и гарантирует меньшие или большие аппаратные задержки (на буферизацию, маршрутизацию).

Теперь уделим внимание функционированию и устройству коммутаторов каналов для сети общего пользования PSTN (Public Switched Telephony Network).

Коммутатор каналов должен исполнять следующие функции:

- предоставлять выделенный канал любой паре участков сети;

- принимать, сохранять и передавать сигнальную информацию, такую, как набранные цифры номера абонента, звонки, гудки или другие звуковые сигналы и записанные сообщения;

- с использованием сигнальной информации маршрутизировать и транслировать телефонные вызовы.

Сигнальная информация может передаваться по тому же каналу, что и сам разговор, как в суперкадре Т1. Однако при использовании этого метода, известного под названием “внутриполосная сигнализация”, возникают проблемы. Поэтому в SONET и других сетях передача сигналов между коммутаторами, как правило, осуществляется по отдельному каналу.

Структурно коммутаторы состоят из коммутируемой сети, устройства управления и внешних (относительно самого коммутатора) интерфейсов, таких как абонентские линии и магистрали. Именно интерфейсы выполняют функции передачи информации между коммутаторами, а также между коммутатором и абонентом.

Устройство управления интерпретирует сигнальную информацию, выполняет функции маршрутизации и трансляции, а также указывает коммутируемой сети, как установить канал между интерфейсными блоками.

Коммутируемая сеть есть устройство, в котором устанавливается временное соединение на основе коммутации каналов. В настоящее время применяются коммутируемые сети двух типов: с пространственным разделением и с временным разделением. Коммутация с пространственным разделением выделяет для соединения станций отдельные двух- или четырехпроводные каналы. Такое разделение каналов «в пространстве» и дало название этому типу коммутации, осуществлявшейся во времена ручного и электромеханического соединения абонентов. При использовании коммутации с разделением времени множество пар станций совместно используют канал связи в выделенные интервалы времени. Правда, аналоговый голосовой сигнал следует предварительно преобразовать в цифровую форму. Сегодня это уже не проблема.

Для реализации такого типа коммутации служит устройство – коммутатор временных интервалов TSI (Time Slot Interchanger). На рис. 9.1 изображена схема TSI, поддерживающего по шесть линий на входе и выходе.

Рис. 9.1. Схема коммутатора TSI

Подключенные к TSI линии являются интерфейсами, осуществляющими АЦП и ЦАП. Собственно коммутатор включает входные и выходные буферы памяти, карту коммутации и микропроцессор управления. Сами преобразователи АЦП и ЦАП часто включаются конструктивно в коммутатор.

Коммутатор TSI оцифровывает голосовые сигналы в каждой входящей линии и помещает их во входной буфер каждого временного слота (число слотов равно числу линий). Затем микропроцессор в соответствии с картой коммутации направляет эти сигналы в выходные буферы, откуда они могут быть направлены в магистральные линии в цифровом виде или в абонентские, но в аналоговой форме. Число поддерживаемых коммутатором TSI линий не превышает 256, так как количество голосовых сигналов, чередующихся во временных слотах, именно такое. В противном случае нельзя сохранить непрерывность разговора.

В междугородных и международных линиях нагрузка на канал связи существенно больше. Поэтому приходится задействовать, кроме большого числа подобных коммутаторов, и механизм их соединения для обслуживания десятков тысяч линий. Устройством, реализующим такой механизм, является коммутатор с временным разделением TMS (Time Multiplexed Switch). Это – пространственный коммутатор, способный изменять свою конфигурацию 256 раз за время одного слота, т. е. за 1/8000 с, для того, чтобы позволить парам коммутаторов TSI соединиться и обменяться между собой сигналами. Такая сложная функция возложена, конечно, на компьютер, а коммутация выполняется по программе.

Современные цифровые коммутаторы строятся с использованием TSI и TMS в качестве модулей в различном сочетании для создания высокоскоростной сети. Обычной схемой является временной – пространственно – временной коммутатор TST (Time-Space-Time), который использует последовательное соединение TSI-TMS-TSI. При этом TMS размещен между входным и выходным TSI со своими группами линий и транслирует сигнал от одного TSI к другому. Цифровые телефонные станции 5ESS (фирмы Lucent Technologies) и AXE (Ericsson) представляют собой TST – коммутаторы. А старшие модели Siemens – не что иное, как TSST- и TSSST- коммутаторы, работающие с сотнями тысяч линий.

Коммутатор семейства Catalyst компании Cisco Systems серии 5000 имеет модульную многоуровневую платформу коммутации. Она обеспечивает высокий уровень производительности и предоставляет возможность как для создания выделенных соединений в сети Ethernet со скоростями 10 и 100 Мб/с, так и для организации взаимодействия с сетями связи общего пользования (FDDI и ATM). Коммутируемая матрица позволяет коммутировать более 1 миллиона пакетов в секунду, а сам коммутатор может поддерживать до 96 коммутируемых портов 10 Base Ethernet и до 50 коммутируемых портов Fast Ethernet. Большой буфер (по 192 Кбайта на 1 порт) обеспечивает сохранение и передачу информации при пиковых нагрузках.

Модуль управления коммутацией Supervisor Engine поддерживает три уровня очередей пакетов с разными приоритетами, что позволяет эффективно обслуживать мультимедийный трафик.

Коммутаторы 5ESS (рис.9.2) предназначены для использования местными и междугородными АТС. Последняя модель 5ESS-2000 была представлена в середине 1990-х гг. и может поддерживать более 200000 линий при обработке 1 миллиона звонков в час. Платформа 5ESS-2000 использует модульную архитектуру с распределением функций между тремя типами модулей: один - административный, два (или более) коммутационных и один коммуникационный модуль. Процессор административного модуля является главным вычислительным устройством коммутатора и выполняет функции управления. Коммуникационный модуль C позволяет устанавливать каналы передачи речи между коммутационными модулями S. Это реализует функцию TSM, когда два коммутатора TSI соединяются с разными коммутационными модулями самого 5ESS.

Цифровая станция 5ESS предлагает прямой интерфейс для линий передачи SONET/SDN и поддерживает мультимедийные сервисы, такие как телеконференция. С добавлением специальных модулей появится интерфейс с сетью IP.

Очевидной тенденцией в современной телефонной индустрии является переход от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов. Поэтому последняя разработка Lucent Technologies – система 7R/E включает шлюзы для преобразования между системами канальной и пакетной коммутации как собственно голосовой передачи, так и служебной сигнализации.

Рис.9.2. Схема соединения 5ЕSS и TSI

Существуют коммутаторы и других фирм, в том числе и отечественные, разработанные для ФАПСИ.

В настоящее время эксплуатируется целый ряд сетей, использующих коммутацию пакетов, а не каналов. Это сети на основе “Рекомендации Х.25” от МККТТ:

- цифровая с интеграцией услуг ISDN;

- ретрансляции кадров;

- сеть технологии асинхронного режима передачи АТМ;

- всемирная “паутина ” ИНТЕРНЕТ.

Краткий обзор некоторых из них будет предметом следующей темы.

Основой структуры многих сетей являются коммутаторы различного уровня. На рис. 9.3. приведена типичная структура современной сети компании или предприятия, реализованная на технологии коммутации.

Схема иллюстрирует главный принцип построения современных ЛВС – топология сети повторяет топологию информационных потоков. Разумное сочетание многопортового базового коммутатора А с коммутаторами рабочих групп (B и C) снижает цену системы и позволяет увеличить физическую протяженность сети, а подключение серверов в узлах потребления информации позволяет более равномерно распределить трафик по физическим линиям и предотвратить их перегруз. Подключение сетевого принтера к коммутатору отдела C предполагает, что именно этот отдел порождает большой трафик печати.

Рис. 9.3. Схема сети на коммутаторах

Вопросы для самопроверки:

1. Перечислите основные функции коммутатора каналов.

2. Опишите структуру коммутатора каналов.

3. Чем отличается коммутация с временным разделением от коммутации с пространственным разделением?

4. Как устроен и работает коммутатор TSI?

5. В чем идея TMS?

6. На базе модулей каких типов строятся современные телефонные станции?

7. Предложите схему коммутатора для города с населением 0, 5 млн. жителей.

8. Что ограничивает число коммутаторов S в 5ESS?