6.1 Принцип коммутации в АТМ
Коммутация в АТМ – это основа любой сети с асинхронным режимом передачи. В процессе установления соединения, коммутатор строит специальную таблицу ассоциаций-взаимосвязей, которую называют таблицей коммутации или маршрутизации. Эта таблица указывает, как коммутатор должен передавать трафик с определенными идентификаторами VPI/VCI. При получении ячейки идентификаторы VPI/VCI проверяются коммутатором и сравниваются с содержимым таблицы.
По результатам сравнения определяются выходные значения идентификаторов, которые должны быть занесены в заголовок ячейки. Также определяются выходной порт, через который она должна быть отправлена. После определения коммутатором направления пересылки ячейки, он изменяет содержимое полей VPI/VCI в ее заголовке и передает ее через выходной порт. Рассмотренный принцип коммутации демонстрируется на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1. Принцип АТМ коммутации
Коммутаторы имеют определенное число входных
и выходных портов. На основе примера можно отметить размерность 
.
При этом 
возможно.
Случайно поступающие на входы ячейки могут одновременно претендовать на
одни и те же выходы, что может приводить к конфликтом. Поэтому для обслуживания
потока ячеек могут применяться буферы памяти, в которых организуются очереди
на обслуживание. Это исключает или уменьшает вероятность конфликтов ячеек
и их потери.
Все выполняемые коммутаторами АТМ функции можно свести к следующим основным:
внутренняя коммутация ячеек;
мультиплексирование и демультиплексирование потока ячеек.
Коммутация в АТМ имеет аппаратную и программную реализации.
Аппаратная реализация предполагает наличие двух компонентов (рисунок 6.2):
коммутационной сердцевины (основы);
коммутационных интерфейсов.
Программная реализация коммутации ATM содержит:
Рисунок 6.2. Структура коммутатора АТМ
- функции управления трафиком;
- функции управления обслуживанием;
- управления системными функциями;
- функции управления соединением (сигнализацией);
- функции управления конфигурацией (оборудования и сети);
- функции управления повреждением;
- функции управления безопасностью.
Рассмотрим подробнее аппаратную реализацию коммутации ATM.
Коммутационный интерфейс выполняет функции адаптера в каждом случае, когда необходимо установить связь между сердцевиной ATM коммутатора и устройствами ввода.
Функции коммутационных интерфейсов возложены на контроллеры ввода-вывода. Эти контроллеры адаптируют скорость и формат ячеек ATM к коммутационной сердцевине на входе и к среде передачи на выходе. Обработка ячеек в коммутационном интерфейсе сводится к следующим функциям: введения и выведения; идентификация VP и VC; общее информирование по маршрутизации ячеек и выделение для блокировки негодных ячеек; синхронизация ячеек.
Коммутационная сердцевина содержит три функциональные компоненты: концентратор, мультиплексор, коммутационную матрицу. Вспомогательным устройством коммутационной сердцевины является управляющий элемент. Концентратор обеспечивает объединение низкоскоростных потоков с переменными скоростями в высокоскоростной поток таким образом, чтобы согласовать скорости интерфейса и коммутатора.
Мультиплексор используется в коммутационной сердцевине для высокоскоростных потоков. В нем происходит процесс поочередного мультиплексирования ячеек от разных входов.
Коммутации в мультиплексоре и концентраторе нет. Коммутационным узлом является только коммутационное устройство. Существует несколько типов коммутационных устройств (рисунок 6.3).
Каждый из типов коммутаторов отвечает основным требованиям: минимальной потере ячеек и сохранение порядка следования при ограниченных возможностях по скорости и числу входов/выходов.
Рисунок 6.3. Типы коммутационных устройств
Рисунок 6.4. Коммутатор с общей шиной
Требование минимальной потери ячеек (одна на 1012, то есть 1-2 ячейки в час) и требование очередности налагают на схему коммутатора жесткие ограничения: в сложности, в быстродействии, в буферной памяти, во внутренней маршрутизации и т.д.
Первый тип коммутационного устройства имеет память, общую для входных и выходных ячеек. В таком коммутаторе все управляется централизованно. Для реализации различных вариантов входных очередей общая память может динамически разбиваться на сегменты.
Второй тип коммутатора имеет высокоскоростную внутреннюю шину, причем пропускная способность ее равна общей пропускной способности входных/выходных линий (рисунок 6.4).
Рисунок 6.5. Типы коммутационных матриц
Рисунок 6.6. Однокаскадная коммутационная матрица
Механизм управления потоком определяет по идентификаторам принадлежность каждой ячейки и демультиплексирует общий поток через адресные шины (фильтры). Управление коммутатором централизованное.
Коммутатор
с пространственным разделением сразу устанавливает несколько соединений
от входных портов к выходным. Управление такими коммутаторами осуществляется
по портам. В пространственных коммутаторах возможны внутренние блокировки.
Для преодоления блокировок предложены несколько вариантов коммутаторов
этого типа (рисунок 6.5).