Ретрансляция кадров и ячеек

Ретрансляция кадров и ретрансляция ячеек являются новыми методами передачи данных. При этом каждая ретрансляционная система выполняет интегральную коммутацию и с высокой скоростью распределяет потоки кадров либо ячеек в соответствии с их адресацией по каналам передачи данных. В промежуточных узлах коммутации кадры и ячейки не обрабатываются.

Ретрансляция кадров и ячеек являются сквозной коммутацией.

Напомним, что пакет – это блок данных, передаваемый на сетевом уровне. В отличие от него, кадр - это блок данных, передаваемый на канальном уровне.

В сетях со сквозной коммутацией кадр принято называть быстрым пакетом, а в тех случаях, когда он имеет постоянную длину - ячейкой.

Ретрансляция кадров

Ретрансляция кадров (frame relay) - технология аппаратной скоростной коммутации данных.

Передача больших потоков информации через коммуникационную сеть потребовала резкого увеличения скоростей передачи данных. В результате появились сети ретрансляции кадров (рис.191).

Технология ретрансляции заключается в сквозной коммутации быстрых пакетов, обеспечивающей аппаратную самомаршрутизацию (распределение в каждом узле интегральной коммутации проходящих кадров по адресам их назначения). Кадры, в которых появились ошибки, уничтожаются. При этом, в промежуточных узлах коммутации ради получения высоких скоростей, не осуществляется контроль достоверности и целостности данных. Он возлагается на оконечные узлы коммутации. Последние создают на канальном уровне соединения, осуществляют управление потоками данных через виртуальные каналы, выявляют и исправляют ошибки. Ретрансляция используется в коммуникационных сетях, работающих с малым числом ошибок.

В узлах интегральной коммутации над канальным уровнем (2) и физическим уровнем (1) располагаются канальные процессы, связывающие каналы передачи данных. При возникающих ошибках и перегрузках узлы выбрасывают мешающие им кадры. Сетевого уровня здесь нет. В сети передаются кадры переменной длины размером до 1024 байт. Скорость передачи до 1,5 Мбит/с.

Ретрансляция кадров отличается от коммутации пакетов тем, что в рассматриваемом случае в коммуникационной сети отсутствуют пакеты. Фрагменты данных, передаваемые прикладным процессом, помещаются непосредственно в кадры, которые передаются не только между смежными системами, но и ретранслируются через всю коммуникационную сеть.

Ретрансляция ячеек

Ретрансляция ячеек (cell relay) - сетевая технология, обеспечивающая аппаратную скоростную коммутацию данных, упакованных в ячейки.

Ретрансляция ячеек выполняет сквозную коммутацию и используется, в первую очередь, в базовых сетях. Она отличается от ретрансляции кадров тем, что обеспечивает передачу через эти сети блоков данных постоянной длины, именуемых ячейками. Это происходит в режиме реального времени. Ретрансляция ячеек выполняется узлами интегральной коммутации.

Примерами реализации интегральной коммутации являются баньяновая сеть и матричный коммутатор.

Баньяновая сеть

Баньяновая сеть - скоростная распределительная сеть, с каскадной адресацией.

Технология скоростной коммутации данных требует максимального использования параллелизма при ретрансляции кадров и ретрансляции ячеек. Важной базой этой технологии являются баньяновые (banyan-управляющий) сети. Структура баньяновой сети, выполненная в виде узла на 16 входов и выходов состоит из простых коммутирующих элементов, соединенных друг с другом. (рис.031)

Через последовательности этих элементов передаются блоки данных. Изображенная структура имеет четыре каскада (1-4) коммутирующих элементов. Каждый передаваемый блок данных имеет в заголовке адрес, разрядность которого равна числу элементов баньяновой сети. Блок, поданный на вход i-того каскада попадает на один из его выходов, если в i-том разряде адреса записан "0". Если в этом разряде находится "1", то блок передается на другой выход элемента. Так, по каскадам, происходит ретрансляция блоков данных, определяемая деревом выбора путей передачи.

Таким образом, осуществляется самомаршрутизация блоков, определяемая их адресами. В результате, баньяновые сети обеспечивают большую пропускную способность, ибо блоки данных через них проходят параллельно, а функции маршрутизации выполняются аппаратно. Однако нужно иметь в виду, что в баньяновых сетях могут происходить взаимные блокировки и возникать тупиковые ситуации. Поэтому в рассматриваемых сетях должны быть приняты специальные меры, предотвращающие появление этих тупиков. Баньяновые сети используются в узлах интегральной коммутации.

Матричный коммутатор

Матричный коммутатор состоит из множества одинаковых коммутирующих элементов (рис.092)

В узлах сетки имеются коммутирующие элементы, причем в каждом столбце сетки может быть открыто не более чем по одному элементу. Если N ≤М, то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов N*N.

Недостаток рассмотренной схемы - большое число коммутирующих элементов в квадратной матрице, равное N2. Для устранения этого недостатка применяют многоступенные коммутаторы.

ПРОТОКОЛЬНЫЕ РЕАЛИЗАЦИИ

Протокол

Протокол - стандарт, определяющий поведение функциональных блоков при передаче данных.

Протокол является набором правил взаимодействия функциональных блоков, расположенных на одном уровне. Обычно протокол описывает:

· синтаксис сообщения, являющийся способом идентификации данных при их передаче. Например, порядок, в котором отображаются адрес назначения и элементы данных;

· имена элементов данных, что позволяет обеспечивать интерпретацию передаваемой информации;

· операции управления и состояния. Они сводятся к динамичному согласованию фаз функционирования, связанного с передачей данных. Для случаев появления отказов в сети предусматривается порядок выхода из этих состояний.

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем определяет 7 уровней области Взаимодействия Открытых Систем (ВОС). Соответственно этому вводится в рассмотрение 7 групп протоколов. Они именуются так же, как и уровни. Протоколы, располагаясь друг над другом, образуют штабель. В зависимости от задачи, поставленной перед системой, ее штабель может содержать все уровни области взаимодействия либо только часть из них. Так абонентская система определяется штабелем из семи уровней, а ретрансляционная система для целей коммутации чаще всего имеет штабель из двух-трех уровней.

На каждом уровне в сети может работать один либо несколько различных независимых друг от друга протоколов. Каждый протокол N-уровня обеспечивает взаимодействие объектов того же уровня, расположенных в различных системах сети. Любой протокол не знает о существовании других протоколов. Но он получает сервис от протоколов, расположенных на соседнем снизу уровне. Абстрактное описание взаимодействия через точку доступа к сервису называется примитивом. В базовой эталонной модели определены четыре типа примитивов: запрос, признак, ответ и подтверждение.

В информационной сети выделяют два типа протоколов, определяемых точками их приложения (рис.181)

Протоколы P-типа обеспечивают непосредственное взаимодействие объектов абонентских систем либо административных систем на соответствующем уровне. Что же касается протоколов К-типа, то они описывают взаимодействие пар смежных систем. Эти протоколы описывают характеристики коммуникационной сети.

В зависимости от наборов уровней, на которых располагаются протоколы, выделяются четыре класса сети: (рис.182)

Три последние класса сетей образуют сети с маршрутизацией данных. В соответствии со сказанным, например, в сети коммутации пакетов к К-типу относятся (рис.183) протоколы уровней 1-3, а к P-типу - протоколы уровней 4-7. Здесь в роли ретрансляционной системы выступает трехуровневый узел коммутации пакетов.

Протокол реализуется устройствами, или программами. В обоих случаях говорят о протокольных реализациях. Естественно, что различные производители и программисты создают разные протокольные реализации одного и того же протокола. Поэтому возникает проблема корректной конформности - отображения языка стандарта в язык программирования. Корректность работы реализации определяется ее тестированием на предмет соответствия протоколу. Тестирование должно проводиться независимой организацией, не участвовавшей в создании устройства либо программы.

Для обеспечения гарантии того, что данный протокол выполняет указанные требования, он подвергается верификации и сертификации.

Стандарт по взаимодействию вычислительных систем принят международной организацией по стандартизации (МОС, английская аббревиатура ISO), а позднее - Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ, современное название этой организации - Международный союз электросвязи МСЭ-Т), под номером Х.200.

Помимо вышеупомянутых МОС и МСЭ-Т, стандартизацией в области электросвязи занимаются также:

1) ANSI – American National Standards Institute (Американский национальный институт стандартов);

2) EIA – Electronic Industries Association (Ассоциация электронной индустрии);
3) ECMA – European Computer Manufactories Association (Европейская ассоциация производителей ЭВМ);

4) IEEE – Institute of Electronic and Electrical Engineers (Институт инженеров по электронике и электротехнике);

5) Госстандарт Российской Федерации.