Системы Х.25 с коммутацией пакетов

Коммутаторы с разделением времени

Коммутаторы каскадные

Теперь, познакомившись с иерархией телефонных станций (узлов коммутации), давайте рассмотрим, как устроен сам коммутатор. Самый простой вид коммутаторов - это прямой коммутатор n x n у которого есть n входных и n выходных линий. Он показан на рис.2-45. В каждой точке пересечения стоит полупроводниковый переключатель, который замыкает соответствующие линии.

Основной недостаток этого типа коммутаторов - квадратичный рост сложности при увеличении n. Сложность коммутатора измеряется в количестве точек пересечения. Даже если учесть, что в случае дуплексных линий и отсутствии самосоединений нам требуется только половина пересечений (выше или ниже диагонали), то все равно нам надо порядка переключателей. При n=1000 на кристалле можно поместить такое количество переключателей, но приделать к нему 2000 ножек невозможно. Поэтому такие прямолинейные решения возможны лишь для небольших организаций.

На рис.2-46 показан каскадный коммутатор. Идея построения этого типа коммутаторов такова: разделить простой коммутатор на части, соединить эти части между собой промежуточными дополнительными коммутаторами. Рассмотрим пример трехслойного каскадного коммутатора. В первом слое N входных линий разбиваются на группы по n линий в каждой. На втором слое N/n прямых коммутаторов n ´ k каждый соединяются с k коммутаторами каждый. Третий каскад повторяет первый в обратном порядке: не n ´ k, а k ´ n.

Подсчитаем сложность такого каскадного коммутатора. Первый каскад содержит

точек пересечения.

Второй каскад имеет точек пересечения. Третий каскад по сложности такой же как и первый. Таким образом получаем:

точек пересечения.

При N=1000, n=50 и k= 10 нам потребуется всего 24000 точек пересечения, вместо 499500, как было бы при прямом коммутаторе.

Однако, каскадные коммутаторы имеют недостаток - блокировка коммутаторов второго слоя. На рис.2-46 а) второй слой может коммутировать одновременно только 8 звонков. Девятый звонок буден заблокирован. Коммутатор на 2-46 b) лучше. Там 12 входов на втором каскаде, но он и дороже. Клос (Clos) в 1953 году показал, что при блокировок в каскадных коммутаторах не будет.

На рис.2-47 показан совершенно другой способ коммутации – коммутация с разделением времени. Пусть у нас есть n линий, которые нам надо коммутировать. Эти линии сканируются последовательно одна за другой в течении определенного временного слота. Образуется кадр из n ячеек по k битов в каждой. Например в стандарте Е1 каждая ячейка содержит по 8 бит, кадр – 32 ячейки, а всего 8000 кадров секунду.

Затем кадр попадает в коммутатор ячеек. Коммутатор ячеек переставляет ячейки в соответствии с таблицей коммутации. Обработка кадра происходит следующим образом. Входной кадр записывается в память в том порядка, как ячейки считывались с линий. Затем ячейка считываются из памяти в порядке, задаваемом таблицей коммутации.

Ясно, что таблица коммутации - это вектор перестановок, а скорость коммутации ограничена скоростью считывания из памяти. Например, если временной слот 125mсек и нам надо обработать кадр из n ячеек, а время считывания из памяти Т, то 2nT = 125 или n= 125/2T. Если скорость памяти 100nсек, то мы сможем обработать не более 625 линий.

В 1976 году МКТТ под давлением требований пользователей и прогрессом цифровых технологий передачи данных и, в том числе, с коммутацией пакетов, принял семейство протоколов Х.25. К настоящему времени это одно из наиболее широко используемых семейств стандартов. Существует несколько версий Х.25.

Этот стандарт определяет интерфейс между цифровым устройством (компьютером, терминалом) и сетью с коммутацией пакетов. Семейство Х.25 определяет стандарты взаимодействия на трех уровнях:

• Физическом
• Канальном
• Пакетном

Эти три уровня соответствуют трем нижним уровням модели OSI (см. рис. 2-48). Физический уровень определяет физический интерфейс между цифровыми устройствами (компьютер, терминал) и линией, соединяющей это устройство с узлом сети с коммутацией пакетов. В стандарте Х.25 цифровое устройство называется DTE (Data Terminal Equipment), а узел сети с коммутацией пакетов, к которому это устройство подключено, - DCE (Data Circuit – terminating Equipment) Стандарт, определяющий физический уровень в семействе Х.25, называется Х.21.

Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных по физической линии, передавая данные в виде последовательности кадров. Здесь уместно будет вспомнить наше описание канального уровня в модели OSI. Этот уровень в Х.25 определяет стандарт, называемый LAPB (Link Access Protocol Balanced). LAPB это подмножество протокола HDLC, который мы будем рассматривать в гл. 3.

Уровень пакетов обеспечивает сервис по установлению и разрыву виртуальных соединений, а также передаче данных по таким соединениям. Этот сервис позволяет любому абоненту сети установить локальное соединение, называемое виртуальным соединением, с другими абонентами сети. Пример такого соединения показан на рис. 2-49. Сравните этот рисунок с рисунком 2-48. На рис. 2-49 у машины А одно виртуальное соединение с вычислительной системой С. У машины В таких соединений два – с системой С и сервером D. У сервера D соединений 3 – с В, с Е и с F.

На рис. 2-48 показано соотношение между PDU разного уровня (см. раздел ???). Данные абонента попадают на уровень 3 - уровень пакетов. Там к ним добавляется специальный заголовок, содержащий информацию, необходимую для управления передачей этого пакета. В результате получаем пакет. На этом уровне данные абонента могут быть разбиты на несколько пакетов. Информация в заголовке пакета нужна для того, чтобы:

1. Идентифицировать то виртуальное соединение, по которому этот пакет должен быть передан.
2. Сообщить уникальный порядковый номер пакета, который необходим для управления передачей и при исправлении ошибок, возникающих при передаче.

Затем пакет обрабатывает протокол LAPB. Этот протокол при обработке пакета добавляет заголовок и хвостовик, образуя LAPB кадр. LAPB заголовок и LAPB хвостовик содержат необходимую для надежной передачи кадра информацию.