ГЛАВА 4

ОБОРУДОВАНИЕ АТМ

         4.1. Классификация оборудования

            Оборудование АТМ можно разделить на два класса:

            — коммутаторы АТМ служат для коммутации и пересылки ячеек;

            — устройства доступа обеспечивают взаимодействие АТМ-сети с другими сетями и конечным оборудованием.

            Коммутаторы АТМ также можно разделить на две группы:

            — коммутаторы АТМ для рабочих групп организуют взаимодействие ПК и рабочих станций, используются для построения локальной сети предприятия. Рабочая группа на основе АТМ строится с помощью коммутатора АТМ рабочей группы и сетевых адаптеров АТМ, которые размещаются в слотах расширения оконечного оборудования (ПК и рабочих станций);

            — коммутаторы АТМ для сетевых магистралей используются для управления сетевой магистралью, характеризуются пропускной способностью и возможностью дальнейшего расширения сети.

            Магистральные коммутаторы можно в свою очередь разделить на коммутаторы АТМ для корпоративных сетей используются для соединения распределенных рабочих групп предприятия и коммутаторы АТМ для опорных сетей необходимы при построении территориальных и глобальных сетей операторов связи.

            Устройства доступа можно разделить на три группы:

— сетевые адаптеры реализуют доступ в АТМ-сеть для оконечного оборудования (ПК, рабочих станций, серверов), не имеющего интерфейсов АТМ;

            — устройства доступа LAN/АТМ позволяют осуществить подключение локальных сетей к сети АТМ. Они представляют собой традиционные устройства ЛВС (коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы), которые поддерживают нормальную работу ЛВС и обеспечивают взаимодействие ЛВС с АТМ-магистралью. Устройства доступа LAN/АТМ имеют модульную конструкцию. Для связи с АТМ-сетью в устройство (коммутатор, концентратор, маршутизатор) вставляется сетевой модуль доступа к АТМ, который выполняет функцию клиента LЕС и имеет несколько портов для выход в АТМ-сеть;

            — устройства доступа WAN/АТМ служат для сопряжения АТМ-сети с телефонными, телевизионными, вычислительными и прочим сетями, характеризуется интерфейсами для подключения WAN-каналов. К таким устройствам относятся мультиплексоры, интегрирующие голос, видео и данные в АТМ-потоки, коммутаторы и маршрутизаторы с сетевыми модулями с портами для подключения к АТМ- и WAN-каналам.

            Сетевые модули для коммутаторов АТМ с. портами для подключения к АТС, ЛВС, видеокодерам исключают покупку отдельных устройств доступа.

4.2. Структура коммутаторов АТМ

            Коммутатор АТМ включает следующие основные компоненты:

            — корпус;

            — источник питания;

            — электронные платы и буферную память;

            — электронные платы управляющего процессора;

            — электронные или электронно-оптические платы линейных интерфейсных модулей;

            — вспомогательные (дополнительные) платы.

            Коммутатор для рабочих групп может представлять собой настольное устройство. Коммутатор для соединения нескольких рабочих групп размещается в

вертикальной или горизонтальной секции. Магистральный коммутатор может быть оформлен в виде больших стоек. При описании работы коммутаторов АТМ  использовались источники [2, 4, 13, 15, 27, 29, 37, 44, 66, 67, 69].

            Рассмотрим общую структуру коммутатора АТМ (рис. 4.1) и опишем его функциональные блоки: входные модули (Input Module, IM), выходные модули (Output Module, ОМ), поле коммутации ячеек, модули контроля за установлением соединения (Connection Admission Control, САС) и управления коммутатором (Switch Management, SM).

            Входной модуль выполняет функции передачи и линейного сопряжения. Выделяет поток ячеек АТМ, а затем с каждой ячейкой реализует следующие операции;

            — проверку заголовка на наличие ошибок с помощью поля управления ошибок заголовка (Header Error Control, НЕС);

            — подтверждение правильности значений идентификаторов виртуального пути (Virtual Patch Identifier, VPI) и виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI);

            — определение выходного порта;

            — направление сигнальных ячеек в модуль САС, а ячеек эксплуатации и технического обслуживания — в модуль SM;

            — реализацию процедур управления трафиком: контроль за параметрами пользователя (Usage Parameters Control, UPC) и параметрами сети (Networks Parameters Control, NPC);

            — дополнение внутреннего тэга, содержащего сведения о внутренней маршрутизации, и мониторинг информации, предназначенной для использования внутри коммутатора.

            Процедура UPC проверяет соответствие параметров поступающего трафика параметрам, зафиксированным в соглашении.SLА. Используется одна из модификаций алгоритма «дырявого ведра» — Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). Алгоритм GCRA контролирует пиковую (Peak Cell Rate, PCR) и среднюю (Sustainable Cell Rate, SCR) скорости, имеет два параметра: интервал времени Т между ячейками, передаваемыми с заданной скоростью, и допустимую задержку d.

            Для контроля пиковой скорости CBR-трафика алгоритм GSRA (Т_p, d _p ) имеют параметры Т_p = 1/РCR и d _p = СПУТ, где CDVT — допустимое изменение задержки (Cell Delay Variation Tolerance, CDVT). Для контроля средней скорости VBR- трафика алгоритм GSRA (Т_s „d _s,) имеет параметры Т, = 1/SCR и d_s = d₀+ CDVT, при этом величину d₀ выбирают такой, чтобы максимальная длина пакета ячеек, передаваемых с пиковой скоростью (при CDVT = 0), не превосходила максимальную длину пакета (Maximum Bust Size, MBS). Этому условию удовлетворяет величина d _p = (MBS — 1)(Т_s, — Т_р).

            Алгоритм определяет теоретическое время прибытия ячейки (Theoretical Arrival Типе, ТАТ) и сравнивает его с фактическим временем прибытия ячейки t_a,. Если ячейка опережает расчетное время более чем на d, то считается, что она не удовлетворяет параметрам трафика: t_a, < ТАТ — d. В противном случае ячейка соответствует заданным параметрам и вычисляется теоретическое время прибытия следующей ячейки: ТАТ = max(t_a TAT)+ Т.

            Процедура NPC предназначена для проверки параметров потока ячеек на интерфейсе NNI, т.е. на интерфейсе между сетями. При этом используются те же методы, что и в UPC.

            Выходной модуль подготавливает потоки АТМ для физической передачи:

            — обрабатывает и удаляет внутренние тяги ячеек;

            — при необходимости транслирует значения VPI/VCI;

            —генерирует поле НЕС, обеспечивая возможность последующей проверки заголовка на наличие ошибок;

             — при необходимости включает ячейки из модулей САС и управления коммутатором в исходящие потоки ячеек;

            — корректирует скорости передачи ячеек;

             — упаковывает ячейки в полезную нагрузку сети физического уровня (SDH) и генерирует соответствующие заголовки;

            — преобразует цифровой поток бит в оптический сигнал.

Модуль САС устанавливает, модифицирует и разрывает соединения виртуальных путей и каналов, выполняет основные функции сигнализации:

            — поддержание интерфейсов с сетью сигнализации;

            — сигнальные функции уровня адаптации АТМ (АТМ Adaptation Layer, AAL), необходимые для интерпретации или генерации сигнальных ячеек;

            — сигнальные протоколы верхних уровней;

            — согласование с пользователями контрактов на обслуживание трафика (Service Level Agreement, Я.А) при запросах на установление новых соединений с другими параметрами качества обслуживания (QoS), изменение параметров QoS для существующих соединений;

            —распределение ресурсов коммутатора при организации соединений, включая решение о допустимости установления соединения, а также генерацию параметров процедур UPC/NРС.

            При централизованной реализации САС перечисленные функции выполняет единственный модуль САС, который получает сигнальные ячейки от входных модулей. При распределенной реализации функции САС выполняются во входных модулях, тогда в каждом модуле процедура САС использует меньшее число  портов, чем при централизованной реализации.

            Методы САС используются в момент установки соединения с целью определения достаточности полосы пропускания для поддержания требуемого качества обслуживания QoS нового и существующих соединений. Известны несколько методов САС.

            1.Методы, основанные на использовании идентификатора трафика (Traffic Descriptor, TD). TD содержится в запросе на соединение и описывает апостериорные параметры трафика: PCR (Peak Cell Rate), SCR (Sustainable Cell Rate), CDVT (Delay Variation Tolerance), MBS (Maximum Bust Size), допустимый интервал между пачками (Burst Tolerance, ВТ). В большинстве коммутаторов АТМ реализованы методы САС, использующие TD. Соединение VBR устанавливается, если для соединения можно предоставить полосу kxPCR, где k < 1 устанавливается вручную. В этом случае гарантированно обеспечиваются параметры, заявленных. пользователем.

            2. Методы, основанные на измерениях. Используют не только апостериорных параметры, но и замеренные параметры потока ячеек. Измеряться может как суммарная скорость ячеек, так и скорости отдельных потоков. По ячейкам, прибывающим в течение интервала наблюдения, может быть вычислена мгновенная скорость с помощью, например, рекурсивного низкочастотного фильтра. Новое соединение с пиковой скоростью PCR устанавливается, если сумма PCR и суммарной замеренной скорости не превышает пропускной способности С выходного интерфейса или коэффициент загрузки выходного интерфейса не превышает заданной величины. Методы, основанные на измерениях скорости ячеек, представляются многообещающими. Измеряться может также и распределение прибытия ячеек  установленных соединениях. Тогда можно оценить долю потерянных ячеек (Cell Loss Ratio, CLR) в предположении предельного распределения по устанавливаемому соединению, однако это требует большой вычислительной мощности.

            3. Методы, основанные на применении моделей. Используют апостериорных параметры, замеренные параметры, а также модель очереди и/или модель трафика. Решение об установлении соединения принимается по оценке доли потерянных ячеек CLR или по оценке эффективной полосы пропускания (Effective Ваndwidth, ЕВ). При CLR методах коэффициент потери определяется аналитически или путем моделирования очереди, а затем сравнивается с требованиями качества обслуживания QoS. Соединение допускается, если оценка CLR меньше требования QoS. При ЕВ методах определяется эффективная полоса пропускания для соединения как функция от характеристик трафика, доступных сетевых ресурсов и желательного CLR. Если полосы достаточно для организации запрашиваемого соединения с эффективной полосой пропускания ЕВ, то оно устанавливается.

            Существуют различные методы вычисления значения ЕВ, например, можно представить общую скорость ячеек как гауссовский процесс с математические ожиданием R, равным сумме средних скоростей потоков R_i соединений, и с дисперсией S, равной сумме дисперсий S_i потоков соединений. Тогда набор соединений с общей скоростью R устанавливается, если превышение пропускной способности С маловероятно: P(R > C) <р, где р — достаточно мало. Суммарная скорость R, удовлетворяющая этому условию, является эффективной полосой пропускания ЕВ суммарного потока. Методы, основанные на моделях, требуют большой вычислительной мощности и зависят от модели входящего трафика, по- этому их применение может быть ограничено.

            Модуль управления коммутатором реализует процедуры физического уровня и уровня АТМ, относящиеся к эксплуатации и техническому обслуживанию (Operations, Administration and Maintenance, ОАМ). Модуль выполняет следующие функции:

            — управляет конфигурацией компонентов коммутатора и защитой его баз данных;

            — снимает показатели использования ресурсов коммутатора;

            —управляет трафиком, информационной базой текущих процедур администрирования и интерфейсом UNI;

            — обеспечивает:

            • интерфейс с операционными системами,

            • управление соединениями по протоколам пользовательской (DSS2) и сетевой (IISP или PNNI) систем сигнализации,

            • многопротокольный обмен данными через сеть АТМ (MPLS, MPOA, LANE),

            • обработку отказов и протоколирование учетной информации, относящейся

к управлению.

            При централизованном управлении коммутатором модуль управления может быть перегружен обработкой требований. Поэтому функции данного модуля могут распределяться среди входных модулей. В этом случае последние будут контролировать поступающие потоки ячеек в целях учета ресурсов и измерения характеристик функционирования коммутатора. Выходные модульные устройства также способны контролировать выходящие потоки ячеек.

            Поле коммутации ячеек отвечает за передачу ячеек между другими функциональными блоками и выполняет следующие функции:

            — концентрация и мультиплексирование трафика, для более эффективного использования выходящего соединения трафик должен быть сконцентрирован на входах коммутационного поля;

            —маршрутизация и буферизация ячеек;

            — многоадресная и широковещательная передача;

            — распределение ячеек, основанное на приоритетах по задержкам;

            —мониторинг случая перегрузки и активация индикатора перегрузки в прямом направлении.

            Основной функцией является маршрутизация и буферизация. Входной модуль дополняет тэгом маршрутизации каждую из ячеек, а коммутационное поле просто направляет их со входных портов на соответствующие выходные. Поступление ячеек может быть распределено во времени посредством использования  сдвиговых регистров, каждый емкостью в одну ячейку. Поскольку не исключена одновременная адресация ячеек на один и тот же выход, должна быть предусмотрена возможность их буферизации.

            Методы коммутации разделяются на следующие категории:  

            — с разделяемой памятью; 

            — общей средой;

            — полносвязной топологией;

             — пространственным разделением.

            Структура коммутатора с разделяемой памятью показана на рис. 4.2. Коммутатор имеет память, общую для входных и выходных блоков. В таком коммутатор все управляется централизованно. Входящие ячейки преобразуются из последовательного формата в параллельный и записываются в порт оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ). Используя заголовки ячеек с тэгами маршрутизации, контроллер памяти решает, в каком порядке ячейки будут считываться из нее. Выходящие ячейки демультиплексируются при передаче на выходные порты и преобразуются из, параллельного формата в последовательный. Данный метод коммутации подразумевает организацию очередей на выходных. портах, где все буферы формируют единое пространство памяти. Он привлекателен тем, что дает возможность приблизиться к теоретическому пределу производительности. Совместный доступ к буферной памяти минимизирует ее емкости при заданной доле потерянных ячеек.

К недостаткам метода относятся высокие требования к быстродействию памяти и контроллера. Память должна работать в N раз быстрее одиночного порта, поскольку ячейки считываются и записываются в память последовательно, здесь N — число входных портов. Контроллер должен успевать обрабатывать заголовки иссек и тэги маршрутизации с той же скоростью, что и память. Примерами коммутаторов с разделяемой памятью являются коммутаторы: Prelude фирмы CNET, GCNS-2000 корпорации АТ&Т и компании Hitachi. На рис. 4.2 приведена схема функционирования коммутирующего элемента, состоящего из четырех портов, буфер которого построен по принципу распределенной разделяемой памяти. Размеры входных и выходных буферов для каждoгo порта жестко фиксированы, распределенная память на 16 тыс. ячеек управляется выбранным механизмом управления буфером. Для коммутаторов с общей средой характерно наличие общей магистрали (кольца или шины), в которую мультиплексируются все входные потоки. Управление таким коммутатором также носит централизованный характер. На рис. 4.3 показан коммутатор с общей средой на базе шины с временным разделением.  Входящие ячейки передаются на шину циклически. На каждом выходе адресные  фильтры (Address Filter, AF) в соответствии с тэгами маршрутизации считывают и пересылают свои ячейки в выходные буферные устройства. Скорость шины ,должна быть равной, по крайней мере, NV ячейкам в секунду, У' ячеек/с — скорость работы одного порта. Выходные буферы здесь не являются общими, поэтому для сохранения прежней вероятности потерь требуется большая суммарная емкость буферов, чем при методе с разделяемой памятью. Примерами коммутаторов с общей средой служат коммутаторы Paris и plaNet компании IBM, коммутатор Atom компании NEC, коммутатор ASX-100 компании Роге Systems.

            Отличительная особенность коммутаторов с полносвязной топологией — существование независимого пути для каждой из NxN возможных пар входов и выходов (рис. 4.4). Входящие ячейки транслируются на раздельные шины выходных каналов, а адресные фильтры пропускают эти ячейки в выходные очереди. Метод полносвязной топологии позволяет достичь высокой скорости работы коммутатора, поскольку все его аппаратные модули работают с одной и той же скоростью. Н е до с тат ко м метода является квадратичный рост буферов, что ограничивает количество выходных портов. Пример — коммутаторы фирмы Fujitsu и компании GTE.

            Коммутатор с пространственным разделением сразу устанавливает несколько соединений от входных портов к выходным. Управление таким коммутатором осуществляется по портам. Существенный недостаток коммутаторов такого типа — невозможность создания соединения при занятости всех внутренних ресурсов. Такая ситуация называется внутренней блокировкой. Основное отличие коммутаторов данного типа — невозможность выходной буферизации данных, В свою очередь коммутаторы с пространственным разделением делятся:

            — на матричные;

            — баньяновидные (каскадные);

            — с множественными путями.

            Матричные коммутаторы основаны на матрице, в узлах которой расположены переключатели, соединяющие горизонтальные и вертикальные входы и выходы. Буферная память располагается в узлах матрицы или на входе. Буферизация в узлах позволяет избежать столкновения ячеек, направленных на один порт. Существует схема очередности обслуживания буферов. Буферы, размещенные на входе, обеспечивают разделение функций буферизации и коммутации.

            Коммутаторы с баньяновидной структурой строятся путем формирования каскадов коммутационных элементов (рис. 4.5). Основной коммутационный элемент 2х2 обрабатывает входящую ячейку в соответствии с управляющим битом видного адреса. Если последний равен нулю, то ячейка направляется на верхний выходной порт кросса, в противном случае — на нижний. Все элементы действуют с одной и той же скоростью, нет ограничений на число портов и скорость портов. Недостатком является возможность внутренней блокировки. Решением проблемы внутренней блокировки может быть установка буферов внутри коммутационных элементов и использование специального устройства для предварительной сортировки ячеек, называемого сортировщиком Тэтчера. Сортировщик Тэтчера распределяет входной поток по разным входам основной коммутационной структуры. Сортировщик позволяет избежать блокировок при адресации ячеек на различные выходные порты, но если они одновременно адресуются на один и тот же выходной порт, единственным решением становится буферизация. Примерами коммутаторов с баньяновидной структурой служат коммутаторы Sunshine компании Bellcore и 1100 подразделения Alcatel Data Networks.

            Коммутаторы с множественными путями между входными и выходными портами отличаются свойством самомаршрутизации и распределения нагрузки. Так как ячейки направляются по независимым путям с переменными задержками, то необходимо предусмотреть сохранение исходной последовательности ячеек в виртуальном соединении на выходном порте. Этот процесс может потребовать значительных вычислительных затрат.

Буферизация ячеек необходима при любой архитектуре коммутационного

поля. Рассмотрим методы буферизации: организацию буферов, разделение буферов и управление буферами.

            Организация буферов. Обсудим четыре наиболее распространенных варианта размещения буферов в коммутаторах АТМ (рис. 4.6):

            — входная буферизация — буферы организуются на входных портах неблокирующей структуры с  пространственными разделением;

            — выходная буферизация — буферы организуются в выходных портах структуры с разделяемой шиной;

            — внутренняя буферизация — для структуры с пространственным разделением буферы устанавливаются внутри коммутационных элементов,

            — рециркуляционная буферизация — используется рециркуляционный буфер, внешний к коммутационному полю, ячейки могут повторно проходить по полю с пространственным разделением, если несколько ячеек одновременно адресуется на один и тот же выходной порт.

Разделение буферов. Известны следующие схемы разделения буферной памяти: — схема полного разделения — предполагает фиксированное разделение суммарной емкости буферного пространства между ячейками, направляемыми, на разные выходы;

            — полнодоступная схема — буферизует ячейку при наличии свободного места в общей памяти независимо от того, на какой выход она адресуется;

            — полнодоступная схема с индивидуальными ограничениями на длины выходных очередей — ограничивает максимальные значения количества буферизуемых ячеек, направляемых на разные выходы, при общей полнодоступной буферной памяти;

            — неполнодоступная схема — предполагает наличие как общей буферной памяти, так и ее выделенных частей для ячеек каждого типа;

            — неполнодоступная схема с индивидуальными потолками — отличается от предыдущей введением индивидуальных ограничений в общей части буферной памяти.

            Управление буферами. Реализует алгоритмы отбрасывания ячеек при их поступлении в уже заполненные буферы и распределения на выходе из буферов. Эти операции входят в состав функций администрирования трафика и выполняются модулем управления коммутатором.

            Функция распределения ячеек устанавливает порядок их передачи из буферов. Возможны следующие подходы к распределению ячеек:

            — стандартный подход на основе статических приоритетов, когда ячейки с более низким уровнем качества обслуживания QoS могут быть переданы лишь при отсутствии трафика, имеющего более высокий приоритет, высший приоритет предоставляется классу, имеющему более строгие требования к параметрам передачи (трафик CBR);

            — при взвешенном распределении полосы пропускания время делится на циклы и решение об отправлении из очереди ячейки принимается в начале каждого цикла на основе заданного взвешенного распределения полосы пропускания, при этом полоса пропускания выделяется динамически.

            Алгоритмы отбрасывания ячеек определяют стратегию помещения в заполненный буфер ячеек с битами приоритета потери (Cell Loss Priority, CLP) CLP = 0 и CLP = 1. Возможны следующие схемы отбрасывания ячеек:

            1) в схеме выталкивания ячейки с CLP = 1 не допускаются в заполненный буфер и принимаются лишь ячейки с CLP = 0;

            2) в схеме частичного разделения буферизуются ячейки и с CLP = 1 и с CLP = 0, но при условии, что число ячеек в очереди ниже порогового значения;

            3) в схемах отбрасывания ячеек с двумя порогами сброс ячейки зависит от состояния ресурсов коммутатора и размера пакета AAL5 PDU. Такая техника отбрасывания называется случайным ранним обнаружением (Random Early Detection, RED), так как часть поступающих пакетов уничтожается до переполнения буфера. Если средняя длина очереди меньше первого порога, то ячейка буферизуется. Если средняя длина очереди находится между порогами, то осуществляется сброс поступающих ячеек с частотой, определяемой вероятностью сброса. Когда же средняя длина очереди превысит второй порог, ячейки сбрасываются с заданной максимальной вероятностью. Вероятность сброса зависит от длины пакета, инкапсулированного в ячейки ATM, и от числа ячеек, помещенных в очередь с момента последнего сброса. Пересчет средней длины очереди и вероятности сброса может осуществляться при появлении каждой новой ячейки (Cell-RED, С-RED) или только при поступлении первой ячейки пакета (Packet-RED, P-RED);

            4) алгоритм удаления неполных пакетов PPD (Partial Packet Discard, PPD) уничтожает остатки пакета, не взирая на любые значения вероятности сброса алгоритма RED, что позволяет повысить эффективность использования полосы пропускания;

            5) алгоритм раннего сброса пакета EPD (Early Packet Discard, EPD) сбрасывает пакеты для предотвращения перегрузок.

            Если RED сбрасывает ячейки внутри пакета, то PPD сбрасывает остатки пакета, а EPD сбрасывает пакеты при перегрузках. Если RED сбрасывает часть ячеек в зависимости от размера пакета (чем больше пакеты, тем выше вероятность сброса ячеек), то PPD и EPD не учитывают размер пакета. Поэтому для справедливого распределения полосы пропускания между различными потоками алгоритмы PPD/EPD используются совместно с RED.

Выше были рассмотрены базовые модули коммутатора АТМ. Структура коммутатора позволяет наращивать емкости и добавлять новые модули как аппаратных средств (например, модули коммутации), так и программного обеспечения (ПО). К дополнительным модулям ПО относятся:

            — MPLS — многопротокольная коммутация меток (Multi-Protocol Label Switching);

            — LANE — эмуляция локальной сети (LAN Emulation);

— MPOA — протокол MPOA (Multi-Protocol Over АТМ);

— Frame Relay — модуль услуг передачи данных с прямой ретрансляцией кадров;

            — ILMI — сигнализация на уровне «пользователь-сеть»;

            — PNNI — сопряжение частной сети и сети общего пользования и протокол маршрутизации запросов на соединение;

            — BICI — подсистема общеканальной сигнализации для BISDN.

            Пример компоновки коммутатора АТМ показан на рис. 4.7. Перечисленные модули могут подключаться в любом порядке. Замена линейных интерфейсных модулей (ЛИМ) может производиться в рабочем режиме, не разъединяя соединений.

            Обобщенная характеристика коммутатора АТМ включает следующие параметры:

            — архитектура коммутатора;

            — производительность (10 — 40 Гбит/с);

            — интерфейсы физического уровня (Х.21,RS-449, EIA-530, V.35, HSSI, 10BASE-T, 100BASE-Т, Token Ring, Т1/Е1, J2, Т3/Е3, БТМ-1 электрический, ОС-3с/STM-1, ОС-12с/БТМ-4с);

            — число портов для АТМ, для LAN, для WAN;

            — емкость буфера на порт (до 128 ячеек), на коммутатор;

            — задержка коммутации (3-50 мкс);

            — время установления соединения (2 мс);

            — установление и поддержка PVC, SVC, SPVC, SPVP, Unicast, Multicast и Broadcast соединений;

            — возможности управления трафиком CBR, VBR, UBR, ABR, UPC, GCRA, CLP, EPD, PPD, RED, организация очередей на виртуальных каналах;

            — работа с адресами IP, IPX, МАС, NetBIOS;

            — поддержка протоколов ILMI, DSS2, UNI 3.0/3.1/4.0, BICI, IISP, PNNI;

            — управление коммутатором по протоколу SNMP;

            — поддержка сервисов Classical IP, LANE, МРОА, MPLS;

            — интеграция с ведущими платформами сетевого управления (НР OpenView, Sun NetMgr, IBM NetView и др.).

4.3. Классификация коммутаторов АТМ

            Обобщенная модель базового коммутатора представлена на рис. 4.8. Нулевые потери, наименьшая задержка и завышая пропускная способность, равная 1 или 100%; достигаются в идеальном коммутаторе, который коммутирует пакеты с любого количества активных линий привязки на входе (ЛП _вх) за один коммутационный цикл (КЦ), равный L _пак /V _кс где L _пак — длина пакета в битах; VД, — скорость передачи пакетов в канале связи.

            Обеспечивается одновременная доставка до N пакетов на любой из ЛП _вых, хранящих их перед посылкой в канал связи в буфере неограниченной емкости. На практике, однако, буферы имеют конечную емкость, а построение КП, реализующего указанный режим доставки при больших N, оказывается нецелесообразным: во временных коммутаторах из-за большой скорости передачи пакетов через КП (V_вн), а в пространственных — из-за высокой аппаратной сложности. Поэтому практические разработки основываются, как правило, на компромисса между сложностью КП, емкостью и местом расположения буферов. Таким образом, наибольшие конструктивные отличия приходятся на принцип построения КП и буферную архитектуру, которые поэтому удобно принять в качестве главных классификационных признаков. Рассмотрим их более подробно.

            По принципу построения КП разбивают на две группы: с общим или коллективным ресурсом (однопутевые) и с пространственным разделением (многопутевые). Общий ресурс в однопутевых КП представляет собой одновходовую или многовходовую общую память (ОП) либо коллективную среду передачи— мультиплексированную по времени шину с линейной (параллельной) или кольцевой (последовательной) конфигурацией.

            В коммутаторе с ОП (рис. 4.9) все поступающие на его вход пакеты мультиплексируются в один поток, который поступает в общую память для хранения. В памяти пакеты организуются в раздельные очереди на выход, по одной на каждый выходной канал. Одновременно путем поочередного извлечения пакетов из выходных очередей формируется выходной поток, который затем демультиплексируется и пакеты передаются по выходным каналам. В рассматриваемом варианте архитектуры должны быть удовлетворены два основных конструктивных требования. Во-первых, время, необходимое процессору для того, чтобы определить, в какую очередь поставить поступивший пакет и выработать соответствующие управляющие сигналы, должно быть достаточно мало, чтобы процессор ус- певал справляться с потоком «поступающих пакетов». Во-вторых, самое важное требование относится к коллективной памяти, к ее размеру и скорости записи/ считывания, которая должна быть достаточно велика, чтобы можно было обслуживать одновременно весь входной и выходной трафик. Если число портов равно N, а скорость обмена через порт V_кс , то скорость записи/считывания должна быть 2 N (например, для 32-канального коммутатора с канальной скоростью порядка 150 Мбит/с скорость записи/считывания должна составлять, по крайней мере, 9,6 Убит/с). Подобно коммутаторам с общей памятью коммутаторы с коллективной средой основаны на мультиплексировании всех поступающих пакетов в один поток и последующем демультиплексировании общего потока на отдельные потоки, по одному на каждый выходной канал.

             коммутаторах с коллективной средой, представляющей собой общую шину с линейной конфигурацией (рис. 4.10), все пакеты проходят по единому пути— широковещательной шине с временным разделением, а демультиплексирование осуществляется адресными фильтрами в выходных интерфейсах.

             коммутаторах с кольцевой конфигурацией шины (рис. 4.11) сегменты пакетов (коммутационные слова) транслируются по кольцу в течение циклически повторяющихся временных интервалов, закрепленных за портами кольца. Для создания коммутатора с входной буферизацией необходимо использование маркерной процедуры обмена и закрепление временных интервалов за ЛП _вх ; а для создания коммутатора с выходной буферизацией — применение вместо маркерной процедуры адресной фильтрации и закрепление временных интервалов за ЛП _вых.

            Отличие этого типа коммутаторов от коммутаторов с коллективной памятью состоит в том, что в данном типе архитектуры осуществляется полностью раздельное использование памяти выходными очередями, так что последние могут быть организованы по принципу «первым пришел — первым обслужен» (FIFO).

            Основу многопутевых КП составляют: однокаскадные (ОСС) и многокаскадные (МСС) соединительные сети. ОСС в свою очередь делятся на тасующие сети, сети типа «воронки» и расширенные коммутационные матрицы, а МСС — на  одномаршрутные («баньяны») и много маршрутные сети.

            Однокаскадные тасующие сети основаны на принципе тасующей перестановки (рис. 4.12). Для того чтобы связать данный вход с произвольным выходом, необходим механизм обратной связи (штриховые линии на рис. 4.12). Очевидно, что ячейка может пройти через сеть несколько раз, прежде чем достигнет пункта назначения. Поэтому такие сети называются также рециркуляционными. Сети такого типа требуют небольшого числа коммутационных элементов, но эффективность их невелика.

            Сеть типа «воронки», или «нокаутный» коммутатор АТМ представлена на pиc. 4.13. Впервые название «нокаутный» коммутатор было введено в научно- технический обиход в 1987 г. в лаборатории Белла компании АТТ.

            Архитектурное решение данного коммутатора основано на выходной буферизации. Однако могут иметь место и некоторые элементы центральной буферизации. В «нокаутном» коммутаторе время доступа к памяти с выходными очередями должно быть очень мало. С целью уменьшения требуемого быстродействия памяти (и снижения сложности системы) в нокаутной «среде передачи» используется каскад концентрации, вносящий некоторую вероятность потери ячейки. Поэтому при проектировании нокаутного коммутатора требуется рассчитывать не только очереди, но также и коэффициент концентрации данной среды передачи.

            Рассмотрим подробнее сам коммутатор, показанный на рис. 4.13. Нокаутный коммутатор имеет N входов и выходов, каждый из которых работает с равными скоростями. Ячейки фиксированной длины прибывают на каждый вход в peгyлярном временном кадре. Среда передачи состоит из N широковещательную шин, по одной на каждый вход, в то время как каждый выход имеет доступ z ячейкам, поступающим по всем входам, через интерфейс шины, соединенный с каждой отдельной широковещательной шиной. Это означает, что среда передачи является неблокирующей, и что на входе шинного интерфейса потерь ячеек не происходит. В таком шинном интерфейсе ячейки будут соревноваться за единственный выход, что весьма характерно для нокаутного коммутатора.

            Данная шинная структура имеет то главное преимущество, что каждая шина соединена только с одним входом, что обеспечивает простую реализацию и высокие скорости передачи, сравнительно с вариантом шины, разделяемой между несколькими входами. Действительно, если необходимо совместное использование шины входами, между всеми ими должна быть обеспечена хорошая синхронизация, которая, однако, не устраняет необходимости дополнительно учитывать отражения сигналов, особенно существенные при очень высоких скоростях в интерфейсе шины.

            В каком-либо шинном интерфейсе может произойти ситуация поступлению нескольких ячеек, предназначенных единственному выходу. В худшем случае  на

единственный выход направятся все N ячеек. Таким образом, необходимо наличие буфера для ячеек в интерфейсе шины. Если требуется гарантировать нулевые потери ячеек в фазе передачи в буфер, то память должна работать (записывать) со скоростью, в N раз превышающую скорость каждого входа. В нокаутном коммутаторе такая скорость уменьшена за счет «интеллектуальности» шинного интерфейса, который работает как концентратор с ненулевой вероятностью потери ячейки. Нокаутный коммутатор может расширяться до большого количества входов и выходов. Такое расширение достигается посредством введения L дополнительных входов к каждому концентратору выходного интерфейса. Этот способ расширения отличается от способов, где используются многоярусные соединительные сети. Благодаря тому, что все шинные интерфейсы коммутатора соединены с каждой шиной, они могут легко считывать широковещательную ячейку. Прием такой широковещательной ячейки идентичен процессу приема одиночной ячейки. Чтобы реализовать в пакетном фильтре распознавание также и широковещательных ячеек, к этим ячейкам добавляется специальное поле идентификации маршрутизации.

На рис. 4.14 приведен пример однокаскадной сети с расширенной коммутационной матрицей, образованной bxb коммутационными элементами. Теоретически, этот подход позволяет реализовывать коммутационную сеть любого желаемого размера. Коммутационные элементы, составляющие расширенную матрицу, должны иметь b добавочных входов и b добавочных выходов. Через добавочные выходы сигнал передается в следующий столбец матрицы. Добавочные входы соединены с обыкновенными выходами элемента того же столбца, находящегося в соседней сверху строке. Достоинство расширенной матрицы — малая задержка, ибо ячейка попадает в буфер при прохождении сети лишь один раз. Следует заметить, что задержка зависит от расположения входа. Рост числа коммутационных элементов и дополнительных входов ограничивает размер расширенной матрицы. Можно реализовать такие сети размером 64x64 или 128х128, однако для больших размеров предпочтительнее многокаскадные сети.

            В многокаскадных одно маршрутных сетях существует только один путь, связывающий данный выход и данный вход. Эти сети называются также «баньянами». Сети-баньяны имеют н е д о с т а т о к, состоящий в возможности возникновения внутренней блокировки, так как одна и та же внутренняя линия может входить в маршруты, начинающиеся у разных входов. Сети-баньяны разделяются на несколько подгрупп. В

L-слойных баньянах между собой соединяются только Элементы смежных каскадов. Каждый путь через сеть проходит ровно через каскадов. Класс этот далее подразделяется на регулярные и иррегулярные баньяны. Регулярные баньяны состоят из одинаковых коммутационных элементов, в иррегулярных же могут использоваться элементы различных типов.

            Обобщенные дельта-сети относятся к классу иррегулярных баньянов. Регулярные баньяны экономичнее в реализации. Один из подклассов регулярных баньянов — SW-баньяны. Последние могут быть построены рекурсивно, начиная с базового коммутационного элемента, имеющего F входов и S выходов. Простейшая такая сеть (называемая однослойным баньяном) состоит из единственного коммутирующего элемента. L-слойный SW-баньян получается при соединении нескольких L-1-слойных SW-баньянов с дополнительным каскадом, состоящим из коммутационных FxS-элементов. Эти дополнительные элементы соединяются с SW-баньянами регулярным образом.

            Одним из видов SW-баньянов являются дельта-сети. L-слойная сеть, состоящая из коммутационных FxS-элементов, имеет SxL выходов. Выходы могут быть пронумерованы

L-значными числами в S-ичной системе счисления. Каждая цифр обозначает нужный выход коммутационного элемента в соответствующем каскаде. Это дает простой способ маршрутизации, называемой самомаршрутизацией.

            В прямоугольной дельта-сети коммутационные элементы имеют равное число выходов и входов (5 = L). Следовательно, число входов в сеть равно числу выходов из нее. Такие сети называются также дельта-Б-сетями. На рис. 4.15 показана четырехкаскадная дельта-2-сеть с топологией «базовой линии». Жирная линия указывает путь от входа 5 к выходу 13 (двоичный адрес 1101).

            Особый класс дельта-сетей образуют бидельта-сети. Они остаются дельта-сетями, если поменять ролями входы и выходы. Все бидельта-сети топологически эквивалентны и преобразуются одна в другую переименованием элементов и

линий.

            В многомаршрутных сетях существует множество путей, связывающих данный вход с нужным выходом. Это позволяет уменьшить количество внутренних блокировок или вообще избежать их. В большинстве много маршрутных сетей нужный путь выбирается в фазе установления соединения, и все ячейки данного соединения передаются по этому пути. Если коммутационные элементы сети имеют буферы типа «первым пришел — первым обслужен» (FIFO), то целостность последовательности ячеек автоматически сохраняется и их переупорядочение не требуется.

            Многомаршрутные сети могут быть свернутые и развернутые. На рис. 4.16 изображена трехкаскадная свернутая сеть. В ней все входы и выходы расположены на одной стороне и внутренние линии сети работают в двустороннем режиме (каждая линия на рис. 4.16 изображает двунаправленную физическую линию связи). В свернутых сетях могут существовать короткие пути. Так, если входная и выходная линии соединены с одним и тем же коммутационным элементом, то ячейки могут «отражаться» сразу в этом элементе, не проходя путь до последнего (отражающего) каскада. Число коммутирующих элементов, через которые должна пройти ячейка, зависит от расположения входной и выходной линий. Количество каналов трехкаскадной сети, поступаемой из коммутирующих (bxb)-элементов равно ( b/2)х(b/2)xb. L-слойный SW-баньян получается при соединении нескольких L — 1-слойных SW-баньянов с дополнительным каскадом, состоящим из коммутационных FxS-элементов. Эти дополнительные элементы соединяются с SW-баньянами регулярным образом.

            При сегодняшних технологиях возможны 16х16- и 32x32-элементы, что дает количество каналов в трехкаскадной сети, равное 1024 и 8192 соответственно, В развернутой сети входы и выходы расположены по разные стороны сети. Ос- новой таких сетей также служат bxb-элементы. На рис. 4.17 показана коммутационная сеть, состоящая из баньянной сети с буферами и предшествующей распределительной сети. Задача распределительной сети — как можно более правильное распределение ячеек по всем выходам баньянной сети. Этот подход позволяет уменьшить внутреннюю блокировку. Однако целостность последовательности ячеек при этом нарушается, и, следовательно, на выходе необходим механизм переупорядочивания ячеек.           

            Иная возможная реализация развернутой сети включает, кроме баньяна, сортирующую сеть и сеть-ловушку (рис. 4.18). Сортирующая сеть выстраивает прибывающие ячейки в монотонную последовательность в зависимости от их адресации. Ячейки с одинаковой адресацией обнаруживаются сетью-ловушкой, и все, кроме одной, отправляются назад, на вход сортирующей сети. Для обеспечении целостности последовательности ячеек, ячейки, пришедшие в сортирующую сеть повторно, получают более высокий приоритет. Все ячейки, поступающие на вход баньянной сети, передаются по назначению без внутренней блокировки.

            Многомаршрутная сеть может также быть образована несколькими параллельными баньянами-«плоскостями» (рис. 4.19). Такой принцип принято называть вертикальным расслоением. Все ячейки одного соединения проходят через одну и ту же плоскость, выбираемую в фазе установления соединения. Входящая ячейка направляется в нужную плоскость распределительным устройством. На выходе коммутатора статистический мультиплексор собирает ячейки из всех плоскостей. Показано, что даже две параллельные плоскости практически исключают блокировку. Добавление каскадов к данной сети-баньяну принято называть горизонтальны расслоением.

            Многомаршрутная сеть взаимосвязей (рис. 4.20) получается при добавлении сети «базовой линии» с обращенной топологией к сети «базовой линии», представленной на рис. 4.15. Состоящая из коммутационных элементов bxb многомаршрутная сеть взаимосвязей NxN содержит 2xlnN/1nb каскадов. В данной сети существует N путей между произвольно выбранным входом и выходом. Путь от i-гo вход (i = 1, N) может выбираться произвольно до границы «начальной» сети. Далее, в сети с обращенной топологией путь определен однозначно.

            Сети Бенеша очень напоминают многомаршрутные сети взаимосвязей. Разница состоит в том, что последний каскад «прямой» сети совпадает с первым каскадом «обратной» сети.

            На рис. 4.21 показана семикаскадная сеть Бенеша. При использовании коммутационных элементов bxb в сети Бенеша NxN — между любым входом и выходом возможна организация N/b различных путей. При этом каждый путь однозначно определяется содержащимся в нем элементом центрального каскада.

            В соответствии с конкретной реализацией КП разрабатывается буферная архитектура и алгоритмы разрешения конфликтов и доступа к ней. Так, в коммутаторе, построенном на блокирующем КП, целесообразно буферизовать пакеты перед началом коммутации, так как нет гарантии прохождения пакета через КП за один КЦ. Такие системы получили наименование коммутаторов с входной буферизацией и обозначаются как системы IQ-типа (Input Queueing). Укрупненная блок-схема коммутатора с входной буферизацией приведена на рис. 4.22, а.

            В коммутаторе, построенном на неблокирующем КП используют выходную буферизацию. Такие системы получили название коммутаторов с выходной буферизацией и обозначаются как системы OQ-типа (Output Queueing). Пример коммутатора с выходной буферизацией приведен на рис. 4.22, б.

            Процедуры организации очередей на входе и на выходе обозначаются латинскими аббревиатурами IQ и OQ. Промежуточная или центральная буферизация, используемая обычно в пространственных коммутаторах или в коммутаторах с общей памятью соответственно, по сути означает реализацию IQ- и OQ-процесса или их сочетания. Коммутатор с центральной буферизацией приведен на рис. 4.22, в.

            При входной буферизации (IQ) каждый вход располагает своим буфером, который позволяет ему хранить поступающие пакеты до того момента, пока логика арбитража не определит, что данный буфер может быть обслужен. Затем коммутационная среда передачи доставит пакеты АТМ из входных очередей на выход без внутренних столкновений. Логика арбитража, которая решает, какой вход обслуживать, может варьироваться от простой, типа циклического опроса, до достаточно сложной, например, учитывающей уровни заполнения входных буферов. Коммутационные элементы с входной буферизацией страдают от так омываемых блокировок в голове очереди. Действительно, предположим, что пакет на входе i выбран для передачи на выход р. Если вход j также имеет пакет для передачи на выход р, этот пакет будет задерживаться вместе со всеми следующими за ним пакетами. Предположим, что второй пакет в очереди ко   входу j направляется на выход q, для которого в настоящий момент во входных очереди пакетов не имеется. Но этот пакет не может быть обслужен, так как пакет, cтoящий в очереди перед ним, блокирует передачу.

            При выходной буферизации принят подход, согласно которому пакеты, поступающие на различные входы и предназначенные для транспортирования на один и тот же выход, могут быть переданы (скоммутированы) в течение времени обслуживания одного пакета. Однако на выходе может быть обслужен только один паки, что вызывает соревнование между пакетами на выходе. Это может быть устранено организацией очередей. При выходной буферизации на каждом выходе располагается свой буфер, который позволяет хранить несколько пакетов, которые могут по. ступить в течение времени обслуживания одного пакета. Возможен случай одно. временного поступления на все входы пакетов, предназначенных к передаче а один и тот же выход. Для гарантии того, что ни один пакет не будет потерян в коммутационной среде передачи до того, как пакеты поступят в выходную очередь, передача пакетов должна производиться в N раз быстрее скорости на входах. Система же должна быть в состоянии записать N пакетов в очередь в течение времени обслуживания одного пакета. В коммутационной среде передачи наличия логики: арбитража не требуется, так как все пакеты могут быть транспортированы в свою выходную очередь. Управление выходными очередями основано на простой дисциплине «первым

пришел-первым обслужен» (FIFO), с тем чтобы гарантировать, что пакеты будут переданы в правильной последовательности.

            При центральной буферизации буферы для организации очередей не выделяются отдельным входам или выходам, а разделяются между всеми входами и выходами. Ячейки, предназначенные для одного и того же выхода, могут находиться более чем в одном буфере. Внутри КП должен быть обеспечен механизм для определения, какие пакеты предназначены для каких выходов. Процедура чтения и записи из общей очереди не является простой дисциплиной «первым пришел — первым обслужен», так как пакеты для различных направлений перемешаны в общей очереди. В этом случае необходима достаточно сложная система управления памятью. Возможно применение следующих стратегий:

            1. Случайный выбор: линия, обслуживаемая первой, выбирается случайно. Такая стратегия довольно проста в реализации и не требует больших дополнительных ресурсов.

            2. Циклический выбор: буферы обслуживаются в циклическом порядке. Этот обход также просто реализуется.

            3. Выбор, зависящий от состояния: первой обслуживается ячейка из самой длинной очереди. Для этого требуется механизм сравнения очередей в буферах.

            4. Выбор, зависящий от задержки: глобальная FIFO-стратегия, которая требует рассмотрения всех буферов, питающих данный выход. Эта стратегия требует дополнительных возможностей для запоминания относительного порядка поступления «соревнующихся» ячеек.

            В случае промежуточной буферизации буферы могут располагаться в узлах матрицы ОСС (рис. 4.23) или внутри и между каскадами МСС. Эта схема позволяет избежать столкновения ячеек, идущих к одному выходу. Если более чем в одном буфере находятся ячейки, предназначенные для одного и того же выхода, логический контроль выбирает буфер, обслуживаемый первым. Эта система расположения буферов имеет недостаток, состоящий в том, что для каждого узла матрицы необходим свой буфер, и невозможно разделение буферов. Поэтому эффективность такой организации буферной памяти ниже, чем при организации  очередей на выходе.

            Сравнение эффективности различных механизмов выбора иллюстрирую рис. 4.24. Стратегия случайного выбора ведет к наибольшей вариации времени задержки. Незначительное улучшение дает циклический выбор. Оптимальную стратегию для минимизации времени задержки дает выбор, учитывающий время задержки ячеек в очереди. Минимальные потери ячеек достигаются реализацией стратегии выбора, зависящей от состояния очередей, когда первой обслуживают ячейка из самой длинной очереди. Эффективность этой стратегии в отношении минимизации вариации времени задержки чуть ниже, но все же вполне приемлема

            Резюмируя все вышесказанное, следует отметить, что кроме основных характеристик коммутаторов АТМ (пропускная способность, потеря пакетов, задержки пакетов), их можно также характеризовать:

            — принципом построения КП;

            — скоростью передачи через КП;

            — размерностью КП (количество портов);

            — типом буферной архитектуры;

            — емкостью буферов;

            — типом используемых интерфейсов (скорость передачи в каналах);

             — сферой применения.

            Что же касается классификации коммутаторов АТМ по принципу построения КП и буферной архитектуре, то ее можно представить так, как это показано ни рис. 4.25.

4.4. Коммутаторы АТМ

4.4.1. Коммутаторы с общим ресурсом

            Коммутаторы АТМ с общей средой передачи имеют: V_вн=NV_кс. В таких системах все пакеты из N входных каналов мультиплексируются в общий поток по принципу временного разделения. Верхняя граница V_вн определяется быстродействием элементной базы, что ограничивает N. Концепция общей шины (ОШ) линейной конфигурации была взята японской фирмой NEC за основу при разработке OQ-коммутатора «Atom» [130, 141]. Данная модель отличается снижением V_вн. Поступающий из канала связи последовательный поток распараллеливается на Р последовательных по числу параллельных БИС. Скорость работы общей шины в каждой БИС V_вн= NV_кс,/Р. В [7] приводятся подробности опытной реализации коммутатора АТМ «Atom».

            Заслуживает внимания другая модель на базе ОШ линейной конфигурации— коммутатор PARIS фирмы IBM (США), предназначенный для коммутации пакетов переменной длины [125,126]. Доступ к ОШ в коммутаторе PARIS осуществляется по циклической исчерпываюшей процедуре на основе быстрого маркерного алгоритма. В данном случае гарантия немедленной доставки пакета на ЛП отсутствует, вследствие чего необходимо введение дополнительных буферов на ЛП (при расположении основного массива буферной памяти на ЛП, ). Согласно проведенным расчетам, емкость входного буфера, равна четырем пакетам максимальной длины достаточна для достижения практически нулевой вероятности потери пакета до его передачи в ОШ. По производительности коммутатор PARIS приближается к коммутаторам OQ-типа.

            В качестве примера коммутатора АТМ, использующего кольцевую конфигурацию шины (см. рис. 4.11), приведем проект электронной системы «Pulsar» для обслуживания ВОЛС с гигабитными скоростями. Эта система была разработана Иллинойским университетом (США) с целью изучения вопросов реализации одно блочного универсального неблокируемого коммутатора, который мог бы использоваться как коммутатор в сети АТМ либо как альтернатива системной шине, объединяющей процессоры в многопроцессорной системе, графические станции и т.п.

            «Pulsar» представляет собой кольцо на базе сдвиговых регистров с передачей параллельных слов. Каждому порту кольца выделяется временной интервал для передачи одного слова. Коммутация производится по принципу само маршрутизации. Основные характеристики коммутатора «Pulsar»: N = 16, V _кс, = 1 Гбитй, разрядность кольца w = 64, скорость работы порта в параллельном формам V_n = V _кс,/w = 15,625 Мбит/с, V _вн =NVп = 250 Мбит/с. Исследовалось несколько вариантов буферной архитектуры. Интересно отметить, что наиболее эффективным решением, по мнению авторов проекта «Pulsar», является модифицированная OQ-архитектура. Модификация заключается в добавлении к ЛП _вх низкоскоростного буфера небольшой емкости (работающего со скоростью VД,) для хранения пакетов в моменты переполнения буферов на ЛП _вых т.е. в организации буферной архитектуры типа IQ — OQ. К аналогичным выводам пришли также авторы работы [142].

            Рассмотрим коммутаторы с общей памятью (ОП). Аналогично коммутаторы с коллективной средой передачи, данных коммутаторов зависит от N. Так, в системах, содержащих единую одновходовую память, поступающие из канала пакеты мультиплексируются в один поток со скоростью NV _кс . Быстродействие памяти при этом должно соответствовать величине 2NV_кс= (скорость обращении при записи/считывании). За счет применения многовходовой памяти V _вн можно . существенно уменьшить. Так, в коммутаторе «Prelude» быстродействие логики,

соответствует величине V _кс а быстродействие памяти — величине 2V_кс: при обслуживании каналов с V _вк, = 280 Мбит/с и побайтной передаче внутри коммутатopa, V _вн для логики и для памяти равно 35 и 70 Мбит/с соответствен о. Для уменьшения V _вн используют также поразрядную организацию ОП при параллельном соединении идентичных БИС, при этом V _вн можно снизить даже до величины, достаточной для организации OQ-буферизации.

            Одним из примеров подобной конструкции может служить коммутатор, разработанный японской фирмой Hitachi. Его размерность 32х32, а производительность — около 5 Гбит/с при V _кс, = 156 Мбит/с [144]. Аппаратная реализация коммутатора подробно описана в [129].

            В однокристальном СБИС-модуле с ОП фирмы GEC-Plessey (Великобритания) также организована буферизация на выходе: входящий пакет распараллеливается на слова, разрядность которых равняется 1/k от длины пакета, где к составляет четное число, преимущественно 2 или 4 [145]. В рассматриваемом варианте модуль 8х8 обслуживает пакеты с фиксированной длиной 280 бит при V_кс, = 140 Мбит/с. Емкость памяти рассчитана на буферизацию 16 пакетов по каждому выходу и составляет приблизительно 39 кбит. Любая выходная очередь имеет доступ ко всей области памяти; в связи с этим отметим одно преимущество общей памяти. Сравнительно с коммутаторами, имеющими раздельную буферную память (РП), системы с ОП относительно просто перераспределяют ресурсы для более загруженных портов, в связи с чем при сопоставимой вероятности . потерь требуется почти в два раза меньшая емкость памяти [131].

4.4.2. Экспериментальные коммутаторы с

         пространственным разделением

            Рассмотрим коммутаторы АТМ с ОСС. Основу ОСС составляют матричные структуры — квадратная матрица (кроссбар) и модифицированная матрица с NxN раздельными путями. Их преимущества — внутренняя неблокируемость и сравнительная простота схемной реализации. Н е д о с т а то к — чрезмерно избыточная коммутационная структура. Для использования матричной архитектуры в пакетном режиме необходима разработка буферной архитектуры и соответствующего механизма разрешения коллизий при поступлении нескольких одновременных запросов одного и того же ЛП _вых что в данном случае означает требование одновременного соединения нескольких горизонтальных шин с одной вертикальной шиной.

            Примером матричного коммутатора с очередями в точках соединений служит мод

ель ВМХ японской фирмы Fujitsu. В данном случае коммутаторы шин (КШ), помимо адресных фильтров, содержат буфера, работающие по процедуре FIFO, либо при необходимости приоритетного обслуживания по другим процедурам, например, «произвольно вошел-первый вышел» (RIFO). Ко входу каждой горизонтальной шины подключен «первичный пакетный коммутатор», осуществляющий передачу пакетов в КШ. Выборку пакетов из буферов КШ производит «вторичный пакетный коммутатор», установленный на выходе каждой вертикальной шины. Таким образом, КШ играют роль шинной развязки, что позволю передавать одновременно несколько пакетов на одну вертикальную шину, осуществляя тем самым OQ-буферизацию.

            Пример реализации OQ-буферизации на основе модифицированной матричной структуры размерностью NxN представляет «нокаутный» коммутатор фирмы AT&T (США), работающий с пакетами фиксированной либо переменной длины. Принципы работы этого коммутатора уже достаточно хорошо известны [145,148]. Однако следует отметить следующее. В [129] предлагается новая, расширенная трактовка первоначального варианта нокаутного коммутатора. Ново версия предназначена для построения коммутатора на большое количество каналов с суммарной пропускной способностью порядка Терабит/с. В данной версии первоначальная структура разбивается на группы, объединенные матричной структурой с КЭ в точках пересечения. Показано, что посредством вариации размерности групп могут быть достигнуты различные вероятности потери пакетов, При этом величина

10^-10 оказывается вполне реальной, что делает предложенную систему особенно привлекательной с точки зрения обслуживания ТВ изображений, вплоть до ТВ улучшенного качества и ТВ высокой четкости. Аналогичным путем группирования выходов пошли и авторы исходной версии нокаутного коммутатора, предложив модульную структуру. Такая структура имеет несколько существенных особенностей:

            — во-первых, путем наращивания выходных модулей фиксированной размерности, выходная часть коммутатора может увеличиваться в широких пределах;

            — во-вторых, функция небуферизованного соединительного поля заключается только в доставке пакетов на каждый выходной модуль в каждый временной интервал;

            — в-третьих, так как все буферы коммутатора расположены только в выходных пакетных модулях, любой вариант OQ-реализации гарантирует оптимальные характеристики временных задержек и пропускной способности всего коммутатора в целом.

            Следующий класс коммутаторов АТМ с пространственным разделением— модели на базе многокаскадных соединительных сетей (МСС). Среди них особой распространение получили баньянные сети (БС). Одно из их преимуществ —, минимальная избыточность при сохранении полной связности, что, благодаря, наличию единственного пути между любой парой входов и выходов, позволяет организовать самомаршрутизацию пакетов. Количество каскадов в БС равно, logN, число коммутационных элементов (КЭ) в каскаде — N/b, где bxb — размерность КЭ. Для адресации всех каскадов БС двоичный адрес должен иметь длину (logb)logN. Недостатком БС является сравнительно высокая вероятность внутренних блокировок, уменьшающих пропускную способность. В связи этим, как отмечено в [125], все варианты коммутаторов на БС различаются конфетными приемами преодоления внутренних блокировок, увеличения пропускай способности и уменьшения потерь. Один из таких приемов — введение аппаратной избыточности в структуру БС:

            —параллельное либо последовательное соединение нескольких БС;

            —дублирование, в том числе многократное, межкаскадных линий, соединение КЭ внутри каскадов;

            — добавление распределительных каскадов в форме отдельной предварительной сети, либо встроенных между каскадами БС.

            Введение аппаратной избыточности позволяет добиться хороших результатов: так, увеличение сложности БС в четыре раза путем замены одной межкаскаднои соединительной линии четырьмя параллельными единицами, способными пропустить четыре пакета одновременно, дает величины пропускной способности, сопоставимые со значениями для неблокирующей матричной ОСС [127,145]. В общем случае при введении параллелизма целесообразно организовать OQ-буферизацию путем модификации ЛП, на одновременный прием нескольких пакетов. Добавление распределительных каскадов увеличивает количество дополнительных путей между портами, благодаря чему полученная таким образом МСС по степени неблокируемости эквивалентна сети Бенеша и в то же ,время сохраняет свойство самомаршрутизации [125].

            Другое решение — увеличение V _вн. В предельном случае, БС размерностью N xN при V _вн= NV _кс является эквивалентом матричной структуры с размерностью N xN, что позволяет организовать чистую OQ-буферизацию. На практике, однако, в большинстве случаев стараются найти разумный компромисс между повышением скорости и введением аппаратной избыточности.

            С целью разрешения конфликтных ситуаций в процессе коммутации, т.е. во время прохождения пакета через КП, было предложено размещать внутри КЭ буферную память. Это устраняет необходимость повторного запуска «проигравшего» при столкновении пакета. Емкость буферной памяти рассчитывается на хранение одного [158] или нескольких [159, 161 — 163, 142] пакетов. Буфера располагаются на входах либо на выходах КЭ, причем в первом случае КЭ имеет , юбилее простую схему, но меньшую пропускную способность, во втором случае соотношение обратное [5]. Распределительные каскады также могут содержать буферную память [164, 158, 159]. Благодаря свойству неблокируемости БС при подаче на ее входы пакетов, отсортированных по адресам выходов в неубывающем либо невозрастающем порядке возможно осуществление бесконфликтной передачи без буферизации в КЭ и

без повышения V _вн. Для этой цели К.Э.Бэтчером была предложена МСС, представляющая собой битонический сортировщик N чисел, содержащий logN(log N+ 1)/2 каскадов на компараторах 2х2. Функция компаратора заключается в сравнении адресов двух пакетов и посылке их в зависимости от результата на верхний или нижний вывод. На выходах сортировщика пакеты располагаются в следующими порядке: N₁ < N₂ < ... <N _n или N₁ > N₂> ... > N_n, где N₁>, ..., N _n — номера выхода БС. Для бесконфликтного прохождения через БС требуется еще выполнение условий компактности и отсутствия ,одинаковых физических адресов. Сортировщик Бэтчера удовлетворяет условию компактности; это означает, что любой вход между двумя активными входами также должен быть активен.

            Перейдем к конкретным моделям. Рассмотрим вначале коммутатор на небуферизованных МСС [159]. Один из проектов, отличающихся относительной простотой аппаратного обеспечения, разработан П.Ньюменом (Кембриджский университет, Великобритания). Центральная идея проекта — построение МСС ни КЭ большой размерности, что уменьшает количество каскадов МСС, временной задержки пакетов и вероятность возникновения конфликтов. Размерность КЭ составляет величину bxb, где b = 2, n > 2. Размерность МСС определяется величиной b и топологией соединения КЭ. КП состоит из двух параллельных МСС. Каждое МСС содержит два каскада и имеет единственный маршрут между любой парой ЛП_вх и ЛП_вых, . Предусмотрено также добавление распределительного каскада. Посылка пакетов в МСС осуществляется асинхронно и независимо друг от друга, а повторная передача при возникновении конфликтов производится по типу алгоритма множественного доступа сети Ethernet, но с тем отличием, что один из конфликтующих пакетов всегда сохраняется и проходит дальше. В целом, и счет организации на ЛП _вых  одновременного приема из обеих плоскостей, в коммутаторе реализуется IQ — OQ буферная схема. Обслуживание поступающих на ЛП _вх из канала связи пакетов выполняется на двухприоритетной основе. Результаты имитационного моделирования для предложенной конфигурации МСС показали, что при загрузке ЛП,„на 80% верхняя граница задержки для 99% речевых пакетов (которым присваивается больший, чем пакетам данных, приоритет) составляет величину порядка 20 пакетов.

            Принципы вышеописанного коммутатора были взяты за основу при построении коммутаторов для частной сети АТМ Fairisle, разрабатываемой фирмой Hewlett-Packard совместно с Кембриджским университетом (Великобритания) . [160]. Каждый коммутатор этой сети построен на основе двухъярусной баньянной сети размерностью 16х16 на КЭ 4х4 и обслуживает группу рабочих станций, Скорость работы каждого порта коммутатора соответствует стандарту FDDI и составляет 100 Мбит/с. Задержка в коммутаторе менее 100 мкс. Идея параллельного соединения МСС с организацией OQ-процесса получила развитие и в по- следующих разработках.

          Рассмотрим проект, предложенный институтом вычислительных наук Таймньского национального университета Синь Хуа [154]. Основная цель проекта- построение коммутатора с характеристиками нокаутного коммутатора [149], но при меньших аппаратных затратах. Поставленная задача решается путем построения КП на основе к параллельных двунаправленных МСС, в качестве которых выбирается один из топологических эквивалентов БС на КЭ 2х2. Коммутатор предназначен для обслуживания пакетов фиксированной длины; при этом коммутационный цикл (КЦ) делится на две фазы: арбитража и передачи. В фазе арбитража все активные ЛП _вх посылают в первую МСС запросы на передачу. В случае если запрос успешно достигает ЛП _вых на ЛП _вх через двунаправленную МСС направляется подтверждение, после чего он начинает передачу полного пакета. «Проигравшие» ЛП _вх повторяют описанную процедуру для второй МСС и т.д. Буферная архитектура коммутатора соответствует схеме IQ — OQ, с расположением основного пассива памяти на выходах. Емкость выходных буферов принимается равной 4) пакетам исходя из вероятности потерь 10^-10 при загрузке канала связи р = 0,84.

            Альтернативное предыдущим решение [129] предусматривает последовательное группирование БС также при осуществлении OQ-буферизации. Последовательное KII, по сравнению с вышеописанными параллельными моделями, имеет лучшие характеристики, так как в конфликтных ситуациях оба пакета сохраняются; при этом один из них помечается и направляется по «ложному» маршруту, с тем чтобы на выходе первой БС он был направлен для прохождения по «правильному» пути во втоpyю БС. При наличии конфликтов данный процесс повторяется до k раз, по числу SC в КП. Однако для достижения приемлемых характеристик потерь требуется большее число БС. Так, чтобы обеспечить вероятность потерь порядка 10 ^-10 при N= 32 и р = 1, необходимо девять [125], а при N = 1024 — десять [155] БС.

            С целью уменьшения числа k было выдвинуто предложение, касающееся использования в БС дублирования межъярусных соединительных линий. При двукратном дублировании N = 1024 и р = 1 для обеспечения вероятности потерь 10 ^-6 требуется пять БС, при трехкратном дублировании и прочих равных условиях БС. Таким образом, снижение блокируемости двух последних описанных КП и реализация OQ-буферизации достигается путем группирования идентичных плоскостей МСС с тем, чтобы они работали в конвейерном режиме с разделением нагрузки.

            Авторы проекта коммутатора японской фирмы NTT [170] выбрали другой подход, повысив V_вн до величины NV _кс,. Предложенное ими КП содержит МСС,  имеющую logN ярусов, однако по конструкции КЭ и топологии их соединений отличающуюся от БС соединением всех КЭ в ярусе кольцевой последовательной линией.

            Алгоритм самомаршрутизации (пакеты фиксированной длины, запуск в МСС синхронный) предусматривает формирование физических заголовков на основе

разности (d) адресов входов и выходов МСС: d = (Y-X)mod N, где Y — номер выхода, а Х — номер входа. При повышении V_вн  на указанную величину все па. кеты без блокировок достигают выходов МСС, где они записываются в выходные буфера.

            С целью снижения тактовой частоты работы элементов входящий поток распараллеливается по нескольким МСС. Вероятность потери пакетов оценивалась с помощью модели М/1)/1 (аналогиею нокаутному и некоторым другим коммутаторам OQ-типа [136,149,154]) и составила, в частности, для выходных буферов емкостью 20 пакетов величины менее 10^-8 при р = 0,6 и 10^-6 при р = 0,7.

            Еще один вариант синхронной неблокирующей МСС с OQ-буферизацию был разработан в университете Торонто (Канада) [164]. В данном случае обычная небуферизованная БС, имеющая log 2N каскадов, разбита распределительными каскадами, число которых составляет (log 2N) — 1, состоящими из OQ-дистрибуторов, причем коммутационный и следующий за ним распределительный каскадами рассматриваются как одна единица. Последний каскад БС содержит только КЭ. Скорость внутри МСС существенно ниже, чем в модели фирмы NTT, и paвна величине 2V_кс. Этого достаточно, чтобы КЭ, являющийся по сути вертикально/горизонтальным сдвиговым регистром, за один КЦ мог пропустить, при неон ходимости, два пакета, поступающих на один выход. Функционирование дистрибуторов базируется на неблокирующем свойстве реверсной БС (зеркальное отражение обычной), которая входит в их состав в качестве основного элемента Конструкция дистрибьютеров частично повторяет схему концентратора активных входов коммутатора «Starlite» и, помимо реверсной БС, включает комплект сумматоров с обратной связью, расположенных на входах, и OQ-буферы. Характеристики предложенной МСС зависят от емкости межкаскадных буферов.

            Рассмотрим, например, МСС 128х128, в которой буферная емкость дистрибуторов 1 — 6-го каскада распределена следующим образом: 4, 8, 16, 20, 20 и 30 пакетов соответственно. Емкость буфера по каждому выходу МСС — 40 пакетов, При р = 0,9 вероятность потери пакета — порядка 10 ^-7, а задержка — около 12 пакетов.

            Коммутаторы на составных МСС «Бэтчер-баньян» также характеризуются синхронным запуском пакетов в МСС. Главные отличия отдельных коммутаторов этой серии заключаются в способе разрешения конфликтов на ЛП _вх возникающих при одновременном запросе несколькими ЛП _вх  одного ЛП _вых.

            В коммутаторе «Starlite» фирмы AT&T (США) [171,125] устранение конфликтов выполняется с помощью специальной сети-ловушки, которая в течение каждого КЦ путем попарного сравнения на выходе сортировщика определяет пакеты с одинаковыми адресами, после чего один из таких пакетов проходит в БС, а остальные записываются в буфер и через петлю рециркуляции (П_рц) направляются на входы сортировщика для повторной коммутации в следующем КЦ.

            Другая разработка, использующая аналогичный принцип — коммутатор «Sunshinе» фирмы Bellcore (США) [125], а также его усовершенствованный вариант, предложенный Дж. Джиакопелли и М. Литлвудом и защищенный патентом США № 4866701 от 12.09.89, с динамическим распределением входов сортировщика в зависимости от количества рециркулируемых и новых пакетов в каждом КЦ.

            Следующие два алгоритма рассчитаны на применение в коммутаторе без петли рециркуляции. Первый алгоритм, аналогично описанному для коммутатора «StarIite», основан на параллельном принципе с использованием коммутационной апаратуры; при этом КЦ делится на фазу предварительного разрешения конфликта (арбитража) и фазу передачи, результатом чего является некоторое повышение V_вн   зависящее от величин N и L _пак . Примером служит коммутатор уже упомянутой фирмы Bellcore. Данная модель, в отличие от коммутатора «Starlite», который можно отнести к системам с промежуточной буферизацией, использует чистую IQ-процедуру, вследствие чего нуждается в дополнительных мерах повышения пропускной способности. Кроме того, должна быть решена проблема «несправедливого» предоставления коммутационного ресурса для ЛП _вх подключенных к алым верхним или нижним входам МСС. Одно из решений этой проблемы добавление «комплементарной» МСС, работающей по четным или нечетным КЦ. Другoe решение расположение перед сортировщиком предварительной сети, реализующей попеременное подключение ЛП _вх к различным входам сортировщика.

            Второй алгоритм, также разработанный на фирме Bellcore, является последовательным, так как построен на основе кольца, объединяющего все ЛП _вых и маркерной процедуры резервирования ЛП _вых; при этом коммутационная аппаратуре используется, благодаря чему возможно наложение фазы арбитража для (I + 1)-го КЦ на фазу передачи пакетов i-го КЦ. Проблема «справедливого» распределения ресурса решается путем сдвига на один ЛП _вых начала каждой следующей процедуры резервирования ЛП _вых . Ограничения пропускной способности, вызванные IQ-буферизацией, могут быть частично сняты обычным способом — выполнением обходной процедуры. Однако гораздо более лучшие результаты достигаются при использовании алгоритма резервирования собходной процедурой в модуле юстировщика, входящего в состав IQ — OQ коммутатора большой размерности, реализованного в виде трехмерного процессора с двоичными деревьями расширения и параллельными БС. Так, при р = 0,75 вероятность потерь, в зависимости от количества модулей, колеблется в пределах 10^-9 и менее, причем емкость OQ-буфера в 50 пакетов достаточна практически для любых N. Средняя задержка, вызванная групповыми прибытиями, ограничена величиной 2,5 пакета, в то время как общая задержка при больших N рассчитывается исходя из модели М/1)/1.

            Перейдем теперь к коммутаторам на основе МСС с внутренней буферизацией. Один из ранних вариантов, рассчитанных на обслуживание пакетов переменной длины, передаваемых по каналам с V_кс,=1,5/2 Мбит/с, разработан Дж. Тернером на фирме AT&T. КП размерностью 1024х1024 представляет собой две дублированные топологически эквивалентные пятикаскадные БС-распределительную и коммутационную.

            Предусмотрен также вариант смешанной сети, в которой коммутационные каскады чередуются с распределительными. Основной элемент БС — КЭ 4х4, содержащий по каждому входу буфер емкостью в один пакет максимальной длины, На МСС пакеты поступают без взаимной синхронизации. Так как V _вн превышает  V _кс, в несколько раз, в коммутаторе реализуется OQ-буферизация; общая схема очередей описывается как IQ + Н) + OQ. Позже в Вашингтонском университете Дж. Тернером был спроектирован коммутатор АТМ для обслуживания волоконно-оптических линий связи при V _кс, = 100 Мбит/с. КП данного коммутатора, кроме распределительной и коммутационной сетей, включает копирующую МСС, расположенную перед ними. Три МСС имеют размерность 64х64 и состоят из КЭ IQ-типа. Емкость буферов КЭ рассчитана на хранение нескольких пакетов, преимущественно двух или четырех, в зависимости от варианта КП. Длина пакета, фиксирована и равна 5 кбит;  передача через КП — побайтная (8 бит), V _вн= 25 Мбит/с. Запуск пакетов в КП синхронизирован. Схема очередей такая же, как в предыдущей модели: IQ+ IQ+ OQ.

            Как уже отмечалось выше, в практике разработки буферизованных МСС встречается применение OQ-процедуры в КЭ [142, 162, 163, 179, 180]. Рассмотрим некоторые из этих систем. Фирма Fujitsu (Япония) свою МСС для АТМ-коммутатора [40,41] спроектировала на основе КЭ 8х8 с параллельными плоскостями, содержащими по 8 адресных фильтров (АФ) и 8 FIFO-буферов, каждый яз которых предназначен для хранения нескольких пакетов. Информация на входы 4 КЭ подается в параллельном формате (8 бит); каждый вход соединен со всеми выходами (широковещание), но через АФ проходят пакеты только данного на- правления (селекция). МСС имеет размерность 64х64 и содержит три каскада по восемь КЭ 8х8, в результате чего между ЛП _вх и ЛП, имеется несколько путей, Система коммутаторов при наличии на выходе КЭ буфера емкостью 90 пакетов (длиной 56 байт) показала пропускную способность порядка 0,90, и максимальную задержку в очередях 10 мс при прохождении через цепочку из 10 сетевых коммутаторов. Сквозной коэффициент потерь пакетов оценен величиной 10^-10.

            В заключение упомянем еще один подход, принятый в коммутаторе фирмы IBM, предназначенном для коммутации каналов

и пакетов при V _кс = 32 Мбит/с Данный коммутатор отличается тем, что вместо АФ в нем используются двоичные деревья, через которые каждый из к входов соединен с каждым из k выходов.

ГЛАВА 5

АНАЛИЗ РЫНКА КОММУТАТОРОВ АТМ

5.1. Основные характеристики коммутаторов ATM, выпускаемых ведущими фирмами мира

Технология АТМ преодолела путь от теоретических работ и лабораторных исследований до рынка буквально за несколько лет. В производстве находится уже Злее 40 моделей коммутаторов АТМ более чем 30 фирм-производителей, свыше 100 адаптеров, а также более 20 устройств доступа и сопряжения с сетями АТМ.

            Результаты анализа принципов построения коммутационного поля коммутаторов АТМ представлены в табл. 5.1.

            Наиболее распространены коммутаторы АТМ, у которых коммутационное пале имеет пространственное распределение (54%) При этом из них наиболее популярны коммутаторы с однокаскадной соединительной сетью (38%) и менее с многокаскадной соединительной сетью (16%). Коммутаторы АТМ, у которых коммутационное поле построено по принципу общего ресурса, имеют несколько меньшее распространение по сравнению с коммутаторами, у которых коммутационное поле с пространственным разделением (46%). При этом всего 6% коммутаторов только у коммутационное поле с общей памятью (ОП), у 19% коммутаторов- коммутационное поле построено по принципу ОШ с линейной конфигурацией и 21% коммутаторов имеют ОШ с кольцевой конфигурацией. Выше указывалось, что коммутационное поле, построенное по принципу ОП, ОШ и OCQ является, как правило, неблокирующим. Отсюда можно утверждать, что наиболее распространенной буферной архитектурой является архитектура с выходными буферами — 84% (см. табл. 5.1).

            Большая часть коммутаторов АТМ (до 60%) поддерживает коммутируемыми виртуальные каналы в дополнение к постоянным виртуальным каналам. Почти все коммутаторы (95%) располагают средствами контроля потока данных.

            Коммутаторы АТМ предназначенною для решения различных телекоммуникационных задач и поэтому поддерживают различные режимы передачи данных и классы услуг, а также располагают отличающимися друг от друга механизмами контроля нагрузки и управления.

           Большинством фирм-производителей (90%) при реализации функций управления взят за основу простой протокол управления сетью (Simple Network Management Protocol, SNMP), который де-факто стал стандартом управления локальными вычислительными сетями и вычислительными сетями с маршрутизаторами.

            Из интерфейсов АТМ самым распространенным является ОС-3 для ВОАС сетей АТМ (155 Мбит/с). Его поддерживают 95% производителей коммутационного оборудования и 81% производителей адаптеров.

            Более 30% производителей коммутаторов и более половины производителс1 адаптеров поддерживают версию ОС-3 для неэкранированной витой пары (НЭВП) категории 5. Меньшим успехом пользуется пока самый медленный интерфейс АТМ, одобренный форумом АТМ — 25 Мбит/с для НЭВП категории 3, Около 18% поставщиков коммутаторов АТМ и 30% производителей адаптера АТМ вводят в свои модели данный интерфейс.

Интересно отметить, что сокращается число производителей поддерживающих так называемый прозрачный интерфейс асинхронной приемопередачи (TAXI) на 100 Мбит/с (до 36% производителей коммутационного оборудования и до 44% — адаптеров АТМ).

Быстро реализуется в аппаратуру спецификация Форума АТМ LAN Emulation 1.0. Почти 90% поставщиков адаптеров АТМ для рабочих станций заявили, что встроили или встраивают программы-клиенты LAN Emulation 1.0 в управляющий код своих адаптеров. LANE дает возможность пользователям ЛВС переносить свои сетевые приложения без их модификации в коммутационную систему АТМ и применять привычные протоколы и прикладные интерфейсы. Первая волна продуктов, совместимых с LANE, ориентирована на эмуляцию ЛВС типа Ethernet, Token Ring и FDDI.

            Проведенный анализ сфер применения, а также результатов опроса лиц, ответственных за производство и сбыт оборудования АТМ, проведенный еженедельником «Computer Week — Moskow» позволяет назвать следующие сферы применения коммутаторов АТМ:

            — локальные рабочие группы;

— базовые сети ЛВС (вычислительные сети, ориентированные на объединение локальных рабочих групп, в зарубежной технической литературе их часто называют кампусными)

            — частные, или корпоративные сети;

— оборудование межсетевого взаимодействия (ЛВС — глобальные вычислительные сети) для создания базовых сетей или корпоративных сетей.

            Коммутаторы, которые поддерживают доступ к среде АТМ из локальных сетей Token Ring с пропускной способностью 4 и 16 Мбит/с, Ethernet и FDDI иногда называют граничными. Они преобразуют используемые в ЛВС кадры в моменты данных АТМ и обратно, производя декомпозицию адресата; кроме того, управляют передачей широковещательного и многоадресного трафика в обоих направлениях, контролируют прохождение потока данных по соединениям сетей с различной пропускной способностью и обеспечивают поставку основной административной информации.

            Граничные коммутаторы выпускаются трех основных типов. Так, коммутаторы ATMosphere Backbone фирмы ADC Fibermux, LAX-20 LAN Acces Switch компании Fore Systems и Vivid Yellow Ridge фирмы Newbridge (сейчас Alcatel) представляют собой автономные изделия, поддерживающие на локальном уровне соединения сегментов ныне существующих локальных сетей, а со стороны магистрали — один или несколько портов для подключения к коммутатору АТМ. В то же время устройство АТМ Connect Edge Router выполняет функции автономного маршрутизатора, который обеспечивает маршрутизацию между сегментами существующих ЛС и конечными станциями АТМ.

            И наконец, ряд граничных коммутаторов реализован в виде дополнительных модулей к имеющимся концентраторам ЛВС. К такому типу коммутаторов можно отнести модуль 9А00 АТМ Switch Module компании Cableton Systems для ее концентраторов Multi Мела Access Center (ММАС) и Micro — ММАС, а также Enterprise Hub фирмы Hughes LAN Systems и модуль ODS АТМ Express компании Optical Data Systems для ее концентраторов серии Infinity Hub.

            Наиболее популярны коммутаторы, имеющие производительность в диапазоне от 1 до 4 Гбит/с (54%). Коммутаторы с производительностью 500 — 700 Мбит/с, 4— 7 Гбит/с и 7 — 10 Гбит/с встречаются в 12,8% случаев. Всего 5 и 2,6% коммутаторов имеют производительность 10 — 13 и 40 Гбит/с соответственно.

5.2. Коммутаторы АТМ ведущих фирм мира

Типичным представителем коммутатора АТМ первого поколения, который нашел применение как в сетях общего пользования, так и в корпоративных сетях, и также стал широко использоваться в исследовательских целях, является мультиплексор 36150 MainSreet ATMnet фирмы Newbridge Networks Corporation.

            Коммутатор 36150 MainStreet ATMnet поддерживает следующие сетевые интерфейсы:

— локальный асинхронный режим передачи (LATM), обеспечивающий одномодовые и многомодовые оптические интерфейсы на скоростях 100 и 140 Мбит/с для местного соединения с рабочими станциями и другими устройствами. Интерфейс LATM обеспечивает доступ в сеть АТМ;

            — оптический носитель третьей ступени иерархии (ОС-3) АТМ, реализующий непосредственное подключение к одномодовому оптическому кабелю для транспортирования пакетов АТМ по цифровой иерархии SONET или СЦИ (SDH). Интерфейс 155,52 Мбит/с ATM организует управление пиковой нагрузкой, сбор статистики для каждого виртуального пути и виртуального канала, учитывает приоритет источников с постоянной скоростью передачи и источников с изменяющейся скоростью передачи, осуществляет передачу пакетов АТМ с потоками F4 и F5, служебной информации администрирования, а также эксплуатации и технического обслуживания;

            — интерфейс Т3 АТМ/PLCP обеспечивает цифровое подключение к стандартному каналу передачи Т3(45 Мбит/с) для того, чтобы обеспечить транспортирование пакетов АТМ по существующим станционным и линейным оборудованиям третьей ступени плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ);

            — цифровой иерархии стандарта Северной Америки. Для вложения пакетов АТМ в формат кадра ТЗ используется протокол конвергенции с системами передачи ПЦИ физического уровня (PLCP). Плата Т3 АТМ/PLCP обеспечивает функциональные возможности уровня АТМ, эквивалентные плате ОС-3 АТМ;

            — интерфейс Е3 АТМ/PLCP обеспечивает подключение к стандартному цифровому каналу передачи Е3 (34 Мбит/с) для того, чтобы использовать существующие системы плезиохронной цифровой иерархии европейского стандарта. Для вложения пакетов АТМ в формат кадра Е3 используется протокол конвергенции с ПЦИ физического уровня. Плата Е3 АТМ/РLCР обеспечивает функциональные возможности уровня АТМ, эквивалентные плате ОС-3 АТМ.

            Платы пользовательского интерфейса 36150 MainStreet ATMnet преобразуют информационные потоки с протоколами пользовательских интерфейсов в потоки пакетов АТМ. Для этого в соответствии с рекомендациями сектора стандартизации МСЭ и Американского национального института стандартов используются соответствующие протоколы уровня адаптации АТМ.

            Коммутатор 36150 MainStreet поддерживает следующие пользовательские интерфейсы:

            — плата T1  TDM, обеспечивающая непосредственное подключение к каналу с интерфейсом T1 (1,5 Мбит/с) для транспортировки его через сеть АТМ;

            — плата E1 TDM, реализующая непосредственное подключение к каналу с интерфейсом E1 (2,048 Мбит/с) для транспортировки его через сеть АТМ;

            — плата Ethernet, организующая обмен информацией между интерфейсом Ethernet (802.3) и сетевым интерфейсом формата АТМ;

            — плата NTSC/JPEG Видео, обеспечивающая двунаправленное видео NTSC c возможностью компрессии и со звуком качества CD. Видео занимает полосу ча8тот от 8 до 42 Мбит/с в режиме без компрессии;

            — плата Token Ring — прозрачный мост ЛС Token Ring 4 и 16 Мбит/с. Осуществляет обмен информацией между интерфейсом Token Ring и сетевым интерфейсом формата АТМ;

            — плата FDDI, обеспечивающая вложение пакетов FDDI в пакеты АТМ. Коммутатор 36150 MainStreet поддерживает соединения двух основных типов:

            — двунаправленные симметричные или несимметричные соединения типа «точка-точка»;

            — однонаправленные соединения типа «точка — много точек». При симметричных соединениях типа «точка — точка» маршруты доставки пакетов туда и обратно, а также и дескрипторы их трафика одинаковы. Дескриптор трафика содержит разрешенное значение пиковой скорости и класс обслуживания.

            Для несимметричных соединений маршруты доставки пакетов АТМ и описания трафика разные.

            При однонаправленных соединениях путь обеспечивается в одну сторону от источника к одной или нескольким точкам назначения.

            Коммутатор 36150 MainStreet поддерживает два уровня класса обслуживания. Один — для источников с постоянной скоростью передачи (Constant Bit Rate, CBR), другой — для источников с изменяющейся скоростью передачи (Variable Bit Rate, VBR). Класс качества обслуживания (QoS) CBR устанавливается для виртуальных соединений пользователей служб, которые чувствительны к времени задержки и джиттеру задержки, т.е. к показателям, характеризующим временную прозрачность сети. Класс качества обслуживания VBR устанавливается при передаче данных.

            Коммутатор 36150 MainStreet поддерживает соединения виртуальных путей (Virtual Path Connection, VPC) и виртуальных цепей (Virtual Curcuit Connection, VCC) как на итерфейсе «пользователь — сеть» (UNI), так и на сетевых интерфейсах (ОС-3 АТМ, STM-1 АТМ, Т3 АТМ и Е3 АТМ). Виртуальные пути организуются и в интересах пользователей, и для нужд сети. Коммутатор может поддерживать до 2000 одновременных виртуальных соединений. Информация о всех соединениях хранится в энергонезависимой памяти управляющего процессора и сохраняется при перерывах питания.

            Модульное коммутационное поле строится на базе четырехпортовой само- маршрутизирующейся платы коммутатора. Буферы организованы на выходе.

Четырехпортовый коммутатор имеет однозвенную структуру без блокировок; восьми- и 16-портовые коммутаторы — многозвенную структуру, но обеспечивают очень низкую вероятность блокировок из-за особой конструкции коммутирующей матрицы с большим количеством промежуточных путей.

            Коммутатор управляет нагрузкой на всех пользовательских платах как для соединений виртуальных путей, так и для соединений виртуальных цепей. Входящий на пользовательские или соевые платы трафик проверяется на превышение согласованной с пользователем пиковой скорости для соединении виртуальных путей и виртуальных цепей; все лишние пакеты АТМ отбрасываются (стираются).

            Статистика собирается со всех интерфейсных плат на следующих уровнях: —        

— физическом (секция, участок/путь, подуровень конвергенции с передачей);

             — АТМ;

             — адаптации ATM. О глубине сбора статистики может свидетельствовать охват каждого соединения виртуального пути и виртуальной цепи, кого  коммутатор 36150 MainStreet учитывает:

            • общее количество входящих в интерфейс пакетов АТМ, а также количество пакетов с обнаруженными и исправленными одиночными ошибками и количество стертых пакетов из-за множественных ошибок в заголовке,

            • общее количество исходящих из интерфейса пакетов АТМ,

            • общее количество входящих пакетов АТМ в каждом виртуальном соединении, а также количество пакетов, отвергнутых из-за превышения разрешенной пиковой скорости,

•общее количество исходящих пакетов АТМ в каждом виртуальном соединении.

Управление сетью АТМ осуществляется специальной сетевой станцией 4602 MainStreet. Оператор сети с помощью графического пользовательского интерфейса может выполнять операции по конфигурации и реконфигурации сети, определять качество работы сети и ее отдельных элементов, принимать меры по устранению аварийных ситуаций.

            Управление сетью обеспечивает:

            — управление соединением;

            — тестирование сети и контроль качества ее функционирования;

            — контроль трафика;

            — управление средой пользователя;

            — сбор статистики для выставления счетов клиентам по оплате услуг.

            Для возможности обмена данными и сигналами управления станции сетевого управления с коммутаторами 36150 MainStreet используется ЛС Ethernet.

            Резервирование управления сетью осуществляется за счет установки второй рабочей станции, которая располагается рядом или выносится за пределы основного центр

а управления сетью. Управление узлом позволяет выполнить:

            — трассировку через коммутационную матрицу;

            — управление полосой пропускания для виртуальных соединений;

            — конфигурирование коммутатора;

            — показ плат, имеющихся в коммутаторе;

            — отображение аварийных сигналов и состояния коммутатора;

            — рестарт плат и перевод их в пассивное состояние.

            Коммутатор 36150 MainStreet может использоваться государственными и чайными (корпоративными) телефонными компаниями для передачи телевизионных сигналов, объединения ЛВС, передачи мультимедиа.

            В корпоративных сетях коммутатор 36150 MainStreet при использовании волоконно-оптического кабеля, объединяющего отделения корпорации по кольцевой или звездной топологии, дает возможность передавать видеоинформацию и вести высокоскоростную передачу данных.

            В университетах и научно-исследовательских лабораториях с помощью коммутаторов 36150 MainStreet ATMnet в целях разработки рекомендаций по управлению системой АТМ в обычных условиях и в условиях перегрузок проводятся исследования по распределению приоритетов между источниками, а также в области программного обеспечения систем мультимедиа. В состав систем коммутаторов 36150 MainStreet ATMnet входят:

            — базовый каркас;

            — источники питания;

            — платы:

            • управления,

            • аврийной сигнализации,

            • коммутации,

            • сетевого интерфейса,

            • интерфейсов пользователей.

            Изделие ATMnet устанавливается в одно- или многоэтажный каркас (48 см) с универсальной объединительной платой на каждом этаже. Каждый этаж имеет девять универсальных посадочных мест (гнезд), в которые могут вставляться: платы четырех портового коммутатора, платы сетевого интерфейса и платы пользовательского интерфейса.

            Источники питания преобразуют входное напряжение (100, 115, 240, или 48 В) в три вида напряжений, необходимых для питания плат. Источники питания выполнены в виде плат, устанавливаемых в каждый этаж каркаса. Для увеличения их мощности и в целях резервирования можно организовать параллельно несколько плат источников питания на одном этаже.

            Плата аварийной сигнализации имеет одно реле для подключения внешней звуковой и световой сигнализации. Она предназначена для отображения различных аварийных сигналов. На весь коммутатор 36150 MainStreet требуется одна плата аварийной сигнализации.

          Четырехпортовые платы коммутатора имеют 4 входа и 4 выхода для графики АТМ и прозрачно коммутируют пакеты ATM, несущие информацию различных видов (речь, изображение, данные). Обеспечивают маршрутизацию пакетов АТМ и буферизуют их во избежание с Толкновений. Пакеты АТМ имеют одинаковый приоритет и маршрутизируются на циклической основе.

            Коммутатор 36150 MainStreet по своим функциям является коммутатором доступа к сети АТМ. Фирма Newbridge Networks Corpotation разработала и выпустили на рынок коммутатор 36170 MainStreet ATMnet, который предназначен для создания сети коммутации. 36170 MainStreet работает на скорости 12,8 Гбит/с. Осуществляет соединение и коммутацию пакетов АТМ в сетях низкоскоростной цифровой иерархии (TЗ, EЗ), в сетях SONET (ОС-3 и ОС-12) и СЦИ (СТМ-1 и СТМ-4), давая возможность строить национальные и глобальные сети АТМ.

            Коммутаторы ASX-100 и ASX-200 компании Fore Systems предназначены для работы в локальных сетях в качестве концентраторов рабочих групп или локальной сети масштаба предприятия.

            Оба коммутатора построены на базе шины временного мультиплексирования и имеют по четыре порта коммутационной панели с пропускной способностью 622 Мбит/с. Семейство ASX поддерживает интерфейсы пользователь/сеть (UNI) и NNI, обеспечивая постоянные виртуальные соединения (PVC и SVC) по протоколу SPANS.

            Модель ASX-200 полностью соответствует спецификации UNI 3.0 и частично спецификации UNI 3.1.

            В коммутаторе при обработке трафика реализовано два уровня приоритета. Ни в одном из коммутаторов фирмы Fore System не предусмотрен протокол проверки уровня сетевых ресурсов при приеме новых вызовов. Однако в коммутаторах ASX-200 с целью защиты от перегрузки используется стандартный алгоритм двунаправленных «дырявых ведер», т.е. каждый выходной порт имеет по два буфера на 256 пакетов АТМ каждый. При сбое на линии имеется возможность повторного выбора маршрута. В коммутаторе ASX-200 реализовано использование поля общего управления потоком (GFC), которое фиксирует перегрузку и предупреждает о ней пользователей. Коммутатор также обеспечивает учет времени использования каналов связи. Коммутаторы выпускают в корпусе типа «книга» высотой пять дюймов.

            Коммутаторы семейства SPANet корпорации GTE предназначены для функционирования в больших базовых сетях, а также в качестве коммутаторов доступа в центральных офисах крупных предприятий.

           Фирма Northern Telecom (ныне Nortel) заключила с корпорацией GTE соглашение, которое предоставило ей права на продажу коммутаторов SPANet под маркой NTI Magellan Gateway.

            Архитектура коммутационного поля представляет собой полнодоступную (полносвязную) матрицу, позволяющую осуществить многоадресную и широко нательную передачу с такими же задержками, как и при двухточечной связи и при соединении типа «точка — много точек»).

            Предусмотрена поддержка интерфейса «пользователь-сеть» для постоянных и коммутируемых виртуальных соединений. Оборудование коммутируемых виртуальных соединений производится по протоколу SPANS компании Fore Systems, что дает возможность взаимодействия коммутаторов семейства SPANet с другими

коммутаторами и сетевыми адаптерами, использующими тот же протокол. На коммутационной панели имеется восемь портов по 155 Мбит/с каждый. В зависимости от предназначения и выбранных интерфейсов максимальное количество портов может изменяться от 8 до 32.

            В зависимости от выбранного варианта коммутатора меняется реализация выходных очередей. При варианте Release 3 каждый порт имеет один выходной буфер емкостью 240 пакетов АТМ. В модели Release предусмотрена организация дух очередей. Каждый выходной порт коммутационного поля оборудован двумя буферами: один на 240 пакетов АТМ для трафика с постоянной скоростью передачи, а другой на 4000 или 8000 пакетов для трафика с изменяющейся скоростью передачи. Трафик с постоянной скоростью передачи имеет приоритет относительно трафика с изменяющейся скоростью передачи, что позволяет обеспечить минимальные задержки, низкий уровень вероятности потери пакетов АТМ и, в конечном итоге, более эффективное использование полосы пропускания.

            Конфигурация SPANet может включать один или два хост-процессора. При наличии двух процессоров один из них находится в горячем резерве и в случае сбоя основного готов принять на себя функции основного по управлению процессом коммутации. Может быть резервирована и коммутационная панель. Задержка при переключении на резервное оборудование не превышает 10 мкс. Допускают дублирование центральный блок коммутации, источник питания процессора и системный тактовый генератор. При переходе на резервные элементы потеря информации пользователя, управления соединением и маршрутизации исключена. При установке всех резервных элементов фирма считает, что коэффициент готовности должен составлять 99,9996%.

            Для формирования конфигурации коммутатора, его инсталляции и осуществления административного контроля соединений используется GUI-интерфейс. Другая утилита SPANet Network Manager, позволяет управлять в сети сразу несколькими коммутаторами.

5.3. Аппаратная реализация и перспертивы

          развития коммутаторов АТМ

           Существенными особенностями, определяющими способы реализации аппаратных средств коммутаторов АТМ, является необходимость логической обработки каждого пакета АТМ (при том, что пакеты АТМ могут следовать без зазора. друг за другом) и буферизация пакетов в коммутаторах. Следовательно, способность коммутаторов АТМ обслуживать каналы связи с определенными скоростями будут определять характеристики элементной базы, которая включает два главных компонента аппаратуры коммутатора АТМ-логику и оперативную память (0ЗУ).

            Среди характеристик элементной базы основными являются частота переключения, выражаемая в герцах или в бит/с, время доступа к ОЗУ для записи или чтения, степень интеграции, т.е. количество эквивалентных транзисторов или логических вентилей или бит памяти, располагаемых на одном кристалле БИС.

            Важной характеристикой коммутаторов АТМ — их пропускная способность, зависящая от числа обслуживаемых каналов связи и скорости передачи информации в них. Пропускная способность представляет собой сумму полос (скоростей) этих каналов связи, умноженной на коэффициент нагрузки (р = 1,0), при котором коммутатор АТМ в условиях предполагаемой модели трафика обеспечивает требуемое качество обслуживания. В свою очередь количество обслуживаемых коммутатором АТМ каналов связи определяется возможностями его коммутационного поля (КП), связывающего линейные процессоры (ЛП).

            Как уже известно из литературы, ЛП имеют структуру и функции, практически инвариантные для всего спектра типов коммутаторов АТМ, в то время  КП может иметь различную структуру.

            Два главных класса типов КП объединяют структуры с общим ресурсом не пространственным разделением.

            Рассмотрим КП с общим ресурсом. Предполагая быстродействие современных заказных и полу заказных БИС в границах от 200 МГц (КМОП 0,8 мкм) до 3 ГГц (биполярные и арсенид-галлиевые), а время доступа к ОЗУ от 25 не (КМОП 0,8 мкм) до 6 — 3 нс, можно сделать вывод о том, что КП с общим ресурсом может иметь размерности от 8x8 до 128х128 и даже выше при скоростях 150; 600 и в некоторых случаях 2 и 10 Гбит/с. Однако при повышении скорости в канале связи начинают играть роль не только перечисленные выше характеристики БИС, но и физические особенности конструкции, например длина проводников, а следовательно, время распространения сигнала, взаимные помехи, затухание и т.п. Результатом названных факторов становится общая нестабильность системы, усугубляемая критическим температурным режимом из-за высокой мощности, которая рассеивается кристаллами биполярных и арсенид-галлиевых БИС на высоких скоростях.

            Упомянутые выше БИС, хотя и обладают высокими скоростными характеристиками, по степени интеграции проигрывают менее скоростным БИС.

            В коммутаторах АТМ с КП на основе общей памяти ее емкость растет пропорционально числу обслуживаемых каналов связи, так что ограниченная степень интеграции высокоскоростных БИС также становится препятствием для повышения производительности коммутатора АТМ за счет увеличения числа обслуживаемых им каналов связи и скорости передачи информации в них.

            В коммутаторах АТМ с КП на основе общей шины таким препятствием становится, в первую очередь, механико-физическая сложность реализации многоразрядной параллельной шины (более 64 разрядов), особенно при объединении ею большого количества портов (линейных процессоров) коммутатора АТМ (более 64 портов). Путем пространственного разделения портов внутри коммутатора АТМ можно повысить число обслуживаемых им каналов связи и скорость передачи информации в них.

            Так, скорость передачи в КП можно существенно снизить, используя многоярусную соединительную сеть (МСС) с коммутационными элементами (КЭ), имеющими параллельные вводы/выводы. Поясним сказанное на примере. Предположим, что имеем двухъярусное КП 64х64 на КЭ 8х8. В пересчете на БИС такое КП будет содержать 16 БИС КЭ. Характеристики БИС КЭ определим исходя на передачи 16-разрядных слов по каждому входу/выходу КЭ. В этом случае из концепции небуферизованного КЭ [184], потребуется (8х16) 2 информационных выводов, (8 + 8) выводов обратной связи, два вывода питания, один или два вывода тактовой частоты, вывод сброса, один — три вывода управления; итого максимально 256+16+2+2+1+3 =280 выводов. Современные корпуса позволяют реализовывать около 512 и даже 1024 выводов, т.е. по данному параметру ограничений нет. Скорость передачи информации через рассматриваемое КП составит при скорости в канале связи 10 Гбит/с величину (10/16) Гбит/с = 625 Мбит/с. При наличии 32-разрядных слов можно использовать перспективные БИС КМОП с технологиями порядка 0,35-0,5 мкм, так как в этом случае скорость снижается до 312 Мбит/с. При обслуживании каналов связи со скоростями порядка 1-2 Гбит/с с помощью пространственных КП можно уверенно реализовывать коммутаторы АТМ на 64 и 128 каналов связи, а при скорости 600 Мбит/с — до 1024 канала, и выше.

            Рассмотренные аспекты касались, главным образом, элементной базы. Однако представляют также интерес конструктивные особенности коммутаторов АТМ, определяемые, прежде всего, соответствием логической структуры прохождения сигнала физической реализации аппаратуры, что становится все более, явным при повышении скоростей передачи информации в каналах связи. Данная  особенность вызвана электрическими помехами, возникающими при увеличении длины внутренних системных соединений, в связи с чем особое внимание уделяется помехоустойчивой реализации таких со

единений при повышенных требованиях к соединителям [129]. В качестве иллюстрации одного из аппаратных решений по компоновке коммутатора АТМ на рис. 5.1 показана концепция построения трехъярусного пространственного КП в трех измерениях коммутатора «Атом» [129]. С помощью подобной компоновки уменьшается длина внутренних соединений и ее вариации, в результате чего отпадает необходимость в специальных усилительных

схемах. Показанная компоновка может служить примером реализации коммун тора АТМ на несколько десятков, и даже сотен каналов связи при том, что  ряда подобных коммутаторов АТМ может формироваться крупная коммутационная станция на несколько тысяч каналов.

           Однако большие сети АТМ общего пользования подобно существующим региональным телефонным сетям, еще не получили широкого распространении. Их реализация остается делом будущего. В настоящее время достаточно распространены коммутаторы АТМ на малое число каналов связи (на 16) для использования в частных сетях связи.

            Показанная на рис. 5.2 конструкция представляет собой секцию, на 10-20 плат, которая может быть встраиваемой в ячейку либо автономной. Сзади секцию закрывает объединительная плата, по сути являющаяся коммутационным полем. Это может быть матричная структура, многоярусное поле, общая память или общая шина. С передней стороны в секцию вставляются платы. Содержимое платы включает ЛП и средства сопряжения с физической средой передачи, которой могут быть витые пары 3-й и 5-й категорий, коаксиальный кабель или многомодовое/одномодовое оптоволокно. Как правило плата рассчитывается на подключение от двух до шести трактов, т.е. соответственно на 2-6 порта. Минимально в секцию может быть включена одна плата. В зависимости от требуемой пропускной способности и числа обслуживаемых каналов связи в секцию могут включаться другие платы, причем объединительная плата (КП), сконструирована так, что платы могут «врубаться» или «вырубаться» в режиме функционирования коммутатора без прерывания обслуживания уже установленных плат.

            В любом варианте конфигурации коммутатора в секцию должна быть включена плата управления (одна или более), реализующая функции управления виртуальными соединениями, администрирования и технического обслуживания. Номенклатура плат описанного выше коммутатора обычно рассчитывается на различные форматы систем передачи, такие как системы плезиохронной и синхронной иерархий, в диапазоне скоростей от 1,5 — 2 Мбит/с до 622 Мбит/с, а также на ряд других форматов (например, 25 Мбит/с Token Ring, 100 Мбит/с TAXI и др.). Внизу и/или сбоку располагаются блоки питания, также объединяемые конструкцией секции.

            Возвращаясь к характеристикам элементной базы коммутатора АТМ, отметим, что при дальнейшем повышении скорости в канале связи, начиная уже с единиц Гбит/с, все более сказываются особенности функционирования электронных компонентов, обусловленные самой физикой процесса, так что их применение оказывается проблематичным, если вообще возможным. Решение проблемы — применение оптических (фотонных) коммутаторов в широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания (ШЦСИО) АТМ с мультигигабитной первичной сетью.

            Существенная особенность фотонных коммутаторов — возможность одно- временной передачи нескольких сигналов на разных длинах волн. Это позволяет существенно повысить пропускную способность. Элементную базу оптических коммутаторов АТМ составляют лазерные передатчики и приемники, пассивные среды передачи (например, многоволновая оптическая «звезда»), оптические разветвители и мультиплексоры [185]. В зависимости от конструкции конкретного типа оптического коммутатора АТМ настраиваемыми могут быть лазерные передатчики или/и приемники. Главным фактором, ограничивающим число обслуживаемых коммутаторов каналов, является мощность оптического сигнала. Так, из-

за ограниченной мощности пассивной «звезды» число каналов оптического коммутатора может быть ограничено 64 или 128 единицами [185]. Для реализации оптических станций большей емкости [186] могут быть использованы других принципы построения, например когерентная коммутация [185, 187] при адаптивной маршрутизации. Так, используя модуль коммутатора в качестве КЭ, можно построить МСС на различное количество портов, например 1024 и 32768.

            Следует отметить еще одно существенное препятствие, сдерживающее распространение фотонных коммутаторов: отсутствие адекватных фотонных средств логической обработки и буферизации пакетов АТМ. Именно этим определяется факт наибольшего продвижения в деле разработки электронно-оптических коммутаторов [185]. В таких моделях функции КП выполняются с помощью фотонных компонентов, а функции ЛП (и управляющих устройств) — электронными компонентами, для чего входящий оптический сигнал подвергается оптоэлектронному и электронно-оптическому преобразованию как в

ЛП _вх так и в ЛП _вых,

            В целом прослеживается следующая тенденция реализации коммутационной аппаратуры ШЦСИО АТМ. Коммутаторы на малое количество каналов от 4 до 64 со скоростями передачи от 1,5 — 2 до 622 Мбит/с уже присутствуют на коммерческом рынке средств связи активно совершенствуясь, чему свидетельствует, например, деятельность фирм с транснациональным распространением продукции Cisco Systems, Роге, Alcatel, Cabletron.

            Для работы в гигабитных первичных сетях передачи информации требуются фотонные коммутаторы, первая фаза внедрения которых — использование коммутаторов с электронными и оптическими компонентами, с дальнейшим переходом на полностью оптические коммутаторы. Предпосылкой успешной реализации оптических коммутаторов служит широкий фронт исследований и разработок в данной области, проводимых уже более 20 лет.

         5.4. Основные производители оборудования АТМ

Оборудование АТМ производят следующие известные фирмы: Fore Systems (Marconi), Cisco Systems, General Data Comm, Alcatel (Newbridge), Nortel Telecom, IBM, 3Com, Cabletron (Enterasys), Ericsson, Вау Networks, Madge Networks, Siemens, Hitachi, Xylan, Olicom, Metotec, AVAVA, NxNetworks.

            Практически каждая фирма предлагает полное сетевое решение, основаное на семействе изделий, собственной операционной системе и программном обеспечении управления сетью. В табл. 5.2 представлено АТМ-оборудование некоторых фирм-производителей.

5.4.1. АТМ-оборудование Fore Systems

Fоrе Systems является признанным лидером в производстве и продаже высоко- технологичной сетевой продукции, основанной на технологиях АТМ и Gigabit Ethernet. Оборудование forе Systems обладает масштабируемостью и низким соотношением цена/производительность во всей сетевой среде — от центральных до периферийных устройств. Высокая производительность многофункциональных сетей с комплексным сервисом на базе оборудования   Fоrе Systems реализует мощную платформу, которая подходит для большинства сетевых приложений. Предлагаемая Fоrе Systems комбинация интеллектуальных высокопроизволительных АТМ-коммутаторов и устройств доступа для локальных и глобальных сетей позволяет сохранить инвестиции в существующие сетевые инфраструктуры и получить преимущества высокой скорости передачи данных в сети и производительности, предоставляемой технологиями АТМ и Gigabit Ethernet.

Fоrе Systems  [101, 113] производит широкий спектр сетевых продуктов, включая семейство коммутаторов и адаптеров АТМ, коммутаторы для локальных сетей с поддержкой технологий АТМ, Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, оборудование, разрешающее доступ в глобальные сети, программное обеспечение ForeView для управления сетью, видеоадаптеры AVA/АTV-300 и ПО межсетевого взаимодействия  ForeThought. На рис. 5.3 показано сетевое решение Роге Systems. АТМ-коммутаторы ASX-200ВХ и ASX-1000 поддерживают приложения в магистральной локальной сети, приложения доступа к глобальным сетям и периферийные глобальные сети.

            Коммутаторы Fore для рабочих групп. Для рабочих групп на основе АТМ компания Роге Systems предлагает серию адаптеров ForeRunnerLE, коммутаторы ForeRunner ASX-200WG и коммутаторы ForeRunnerLE-155. Эти устройства обеспечивают скорость обмена данными 25 Мбит/с при использовании неэкраннрованной витой пары (НЭВП) категории 3 — 5 и 155 Мбит/с в случае НЭВП категории 5 или многоходового волокна. Основные характеристики коммутаторов рабочих групп приведены в табл. 5.3.

            Коммутатор ForeRunner ASX-200WG предназначен для создания рабочих групп. Поставляется в двух вариантах: в конфигурации 18 портов АТМ 25 Мбит/с на UTP и 4 порта АТМ 155 Мбит/с и в конфигурации 24 порта АТМ 25 Мбит/с. Устройство обеспечивает построение сети АТМ до рабочего места, в сочетании с адаптером серии ForeRunner 200Е обеспечивает наименьшую стоимость подключения компьютера к сети АТМ.

            Коммутатор ForeRunnerLE-155 предназначен для построения рабочих групп. Имеет 12 портов 155 SONET/SDH и 4/2 порта АТМ 155/622 Мбит/с соответственно, один слот расширения. В последний можно установить следующие модули: АТМ STM-1 (155 Мбит/с) на UTP, АТМ STM-1 (155 Мбит/с) на UTP и с двумя портами АТМ STM-1 (155 Мбит/с) на FO, АТМ STM-1 (155 Мбит/с) на FO и АТМ STM-4с (622 Мбит/с) на FO. Коммутатор специально разработан для станций-клиентов с шиной PCI и отличается от других устройств низким соотношением цена/производительность. Это достигается за счет применения специализированных микросхем, что позволило отказаться от дорогостоящих RISC-процессоров.

            Магистральные коммутаторы Роге. Магистральные коммутаторы семейств ASX/TSN предназначены для создания магистральных и корпоративных сетей, базирующихся на АТМ-магистрали. Устройства обеспечивают равномерную загрузку сети, автоматическую маршрутизацию, эмуляцию ВС, расширенные функции управления трафиком способны наращивать сетевые ресурсы и гарантировать качество обслуживания. Основные характеристики магистральных коммутаторов представлены в табл. 5.4.

            АТМ-коммутатор ASX-4000 — наиболее мощный коммутатор серии магистральных коммутаторов ASX. Обладает большой производительностью, высокой надежностью и развитыми средствами управления трафиком. Представляет собой идеальный коммутатор для работы в крупных телекоммуникационных центрах.

            Магистральные коммутаторы ASX-1000, TNX-1100 предназначены для работы в крупных магистральных сетях АТМ. ASX-1000 и TNX-1100 — неблокируемые модульные устройства, способные осуществлять коммутацию до 96/128 портов соответственно, имеющие внутреннюю шину коммутации до 10 Гбит/с.

            Коммутаторы ASX-200ВХ, TNX-210 предназначены для работы в магистралях локальных АТМ-сетей. Представляют собой модульные устройства, способные осуществлять коммутацию до 24/32 портов соответственно, и имеют шину производительностью 2,5 Гбит/с.

            Сетевые адаптеры Fore. Семейство сетевых адаптеров ForeRunner поддерживающих протокол АТМ, является наиболее полным из выпускаемых в настоящее время. К семейству адаптеров принадлежат ForeRunner 200Е, ForeRunnerLE, ForeRunnerHE.

         Адаптеры ForeRunner 200Е разработаны для серверов и высокоскоростных рабочих станций. Реализуются на основе специализированных интегральных микросхем АЯС, оснащаются сопроцессором Intel i960, настраиваются на конкретную архитектуру ввода-вывода хост-компьютера. Обмен данными со скоростью 155Мбит/с адаптеры ForeRunner 200Е обеспечивают как по многомодовому волокну, так и витой паре категории 5. Соответствующий набор драйверов позволяет использовать эти адаптеры с 12 различными операционными системами.

            Адаптеры ForeRunnerLE предназначены для рабочих станций или серверов для рабочих групп. Сочетаются с адаптерами ForeRunner 200Е. В группу входят адаптеры трех видов: адаптеры, работающие на скорости 25 Мбит/с на витой парс категории 3 и выше; адаптеры, работающие на скорости 155 Мбит/с на витой парс категории 5; адаптеры, работающие на скорости 155 Мбит/с на многомодовом волокне. Адаптеры поддерживают ОС: NetWare, Windows95, OS/2, Windows NT, Open Transport.

Адаптеры ForeRunnerHE предназначены для рабочих станций, требующих высокую производительность. Сочетаются с адаптерами ForeRunner 200Е и работают на скорости 622 Мбит/с. Поддерживают ОС: NetWare 4.х, Windows NT 5.0, Solaris 2.5/2.6, IRIX 6.4.

            Устройства доступа LAN/АTМ Forе. Коммутаторы ES-2810/3810/38

50/4810 предназначены для подключения имеющихся локальных сетей к корпоративной АТМ-сети. Поддерживают Ethernet и Fast Ethernet, позволяя таким образом cоxpaнить существующую кабельную систему и адаптеры Ethernet на рабочих станциях.

            Коммутатор ES-2810 имеет 24 порта 10/100 BaseT и два слота расширения. В единый стек может быть объединено до семи устройств с числом портов до l96 и общей пропускной способностью до 17 Гбит/с. Организует виртуальные сети (VLAN) по МАС, IP-адресам, портам, группам RMON. Соответствует стандартам UNI 3.0/3.1, LANE 1.0, MP0A 1.0.

           Коммутатор ES-3810 обеспечивает соединение АТМ-устройств с традиционными вычислительными сетями. Может иметь до 72 портов 10 Base T, 24 портов 100 BaseТХ; два порта АТМ ОС-3 (155 Мбит/с). Поддерживает UNI 3.0/3.1, ICE 1.0, VLAN на основе портов, МАС-адресов, групп RMON.

            Коммутатор ES-3850 является более мощным коммутатором, предназначен для обслуживания сегментов Ethernet. Соответствует спецификациям LANE и РП, обеспечивает соединение с магистралью АТМ при скорости 155 Мбит/с по многомодовому волокну, имеет 16 портов.

            Коммутатор ES-4810 — модульный коммутатор Ethernet; может иметь до 256 портов 10 BaseT; 96 портов 100 BaseTX; 4 порта АТМ ОС-3 (155 Мбит/с). Поддерживает UNI 3.0/3.1, LANE 1.0, VLAN на основе портов, МАС-адресов, трупп RMON. В коммутаторе ES-4810 можно установить коммутатор ASX-200ВХ в качестве магистрали АТМ.

            Коммутаторы PowerHub 4000/4100/7000/8000 — это многопротокольные маршрутизирующие коммутаторы третьего уровня, организующие соединения с сетями Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, АТМ. Семейство коммутаторов PowerHub включает серии PowerHub 4000 и 4100 для рабочих групп, PowerHub 6000 — для ceтей масштаба предприятия, PowerHub 7000 и 8000 — для еще более крупных сетей. Эти устройства выполняют все функции мостов и многопротокольных маршрутизаторов, поддерживают виртуальные соединения. До недавнего времени коммутаторы были единственными устройствами, поддерживающими коммутацию на третьем уровне и способными предоставлять связанные с ней услуги АТМ (например, распределенную маршрутизацию).

            Выделенный АТМ-маршрутизатор ASN-9000 реализует подключение локальных сетей в АТМ-сеть. Обеспечивает полную маршрутизацию, помимо основной функции коммутации третьего уровня (MPOA). Устройство обладает уникальной возможность включения в действующую сеть АТМ для обеспечения услуг LAN-эмуляции, что позволяет интегрировать действующие системы в новые АТМ-сети. Межсетевое взаимодействие АТМ совершенствуется благодаря поддержке MPOA, что позволяет создавать сокращенные маршруты исходя из определяемых пользователем потоков. Интеграция программного обеспечения ForeThought гарантирует совместимость всех устройств сети

при передаче данных, голоса, видео. Соединение АТМ улучшается в дальнейшем возможностью установки короткого пути по сети на основе запросов пользователей, что увеличивает производительность приложений и быстродействие сети.

            Устройство ASN-9000 емкостью шины 1,6 Гбайт/с имеет пять слотов для установки модулей (до четырех АТМ-соединений по 155 Мбайт/с). Основанный на MIP процессор ведет все LAN-протоколы и алгоритмы маршрутизации, в то время как модули АТМ обладают возможностью установки системы управлению (UNI 3.0), а также все функции LAN-эмуляции (1.0), LEC, LES, BUS и MPOA. В ASN-9000 предусмотрена возможность загружать таблицы маршрутизации  модули АТМ для использования межмодульного переключения.

            Система управления ASN-9000 дает возможность поддержки SNMP, RS-232, Telnet и основана на популярных платформах HPOV и SunNet Manager или на от дельно стоящих Windows NT, Solaris, SunOS, IRIX и HP-UX. В качестве дополнительных функций ASN-9000 можно назвать: обеспечение фильтрации 2- и 3-го  уровней, поддержку маршрутизации, а также полную проверку ошибок пакетов, запоминание адресации.

            Маршрутизирующие коммутаторы ЕSX 2400/4800 выполняют функции четвертого сетевого уровня согласно уровневой архитектуре операционной системы Fore- Thought. Могут быть укомплектованы модулями с интерфейсами 10/100/1000 Ethernet и 622 Мбит/с АТМ. Порты АТМ могут использоваться как для образования магистрали, так и для подключения к существующей магистрали, также для связи нескольких коммутаторов между собой. Производительность устройств при коммутации на 2-м, 3-м, 4-м уровнях составляет 38 млн пакетов в секунду. Управление коммутаторами осуществляет операционная система Window NT. Общее количество кэш-буферов в коммутаторе — 400 Мбайт. Каждый модуль имеет также 1 или 10 Мбайт на 10/100 Ethernet или 1000 Ethernet порт соответственно. Для каждого порта может храниться таблица 16К МАС-адресов, 4К адресов маршрутизации и 1024 ARP-соответствий. Производительность системной шины для модели ESX 2400 составляет 10 Гбит/с, для модели ESX 4800 — 20 Гбит/с. Модель ESX 4800 может иметь при максимальной конфигурации 48 портов Gigabit Ethernet или 384 порта с автоопределением 10/100 TX или100 FX Ethernet, плюс 16 портов АТМ 622 Мбит/с. Модель ESX 2400 имеет вдвое меньшее количество портов.

            В отличие от традиционных маршрутизаторов и коммутаторов устройства ESX обеспечивают коммутацию, способную классифицировать трафик прикладных программ и осуществлять в связи с классом программы ряд действий (например, защита, предоставление класса обслуживания). Данная функция полностью реализована на аппаратном уровне и выполняется на всех портах без снижения производительности.

            Устройства доступа WAN/АТМ Fore. Мультиплексоры CellPath 90/300 сопряжения с другими сетями обеспечивают объединение всех вычислительных, телефонных, телевизионных и прочих сетей (охранных систем, пожарной сигнализации и т.п.) на одной магистрали. Позволяют представить разнородный трафик — голос, видеоинформацию, данные — в единообразном виде ячеек АТМ.

            CellPath90 позволяет довести АТМ-сервис до мест, где невозможно обеспечить интерфейс STM1. Он интегрирует голос, видео и данные в поток АТМ Е1.

            Устройство имеет (помимо АТМ-порта) два последовательных порта Nx64 кбит/с, fractional E1 порт и Ethernet порт. Последовательные порты позволяют передавать данные по протоколам HDLC, Frame Relay и АТМ DXI. РЕ1 порт можно подключать непосредственно к АТС. АТМ предоставляет для приложений сервис Circuit Emulation и RFC1483 Encapsulation.

            CellPath300 предоставляет возможности для интгерации до 28 потоков данных, голоса и видео в потоки АТМ/STM1. Это модульное восьми слотовое устройство с горячей заменой интерфейсных модулей и резервным источником питания. Пользователь имеет возможность коммутировать между собой АТМ потоки STM1/ОС-3с, Е3/Т3, Е1/Т1, DXI, FUNI (последние два — со скоростями Nx64 кбит/с) и не АТМ-трафик, такой как Frame Relay, HDLC, SMDS (интерфейсы V35, HSSI, E1, Е3), Circuit Emulation (V35,Е1). Для Frame Relay осуществляется Service Interworking согласно FRF.8. Сильной стороной CellPath300 является возможность гибкого распределения полосы. Во-первых, это передача данных как VBR трафика. Во-вторых, CellPath позволяет позволяет динамически выделять полосу для приложений, использующих Circuit Emulation. Если соответствующий порт не активен, полоса доступна для приложений, использующих другие порты. В-третьих, для приложений, использующих пакетную передачу данных, целесообразен механизм Early Packet Discard для управления трафиком. Это позволяет значительно повысить производительность сети при перегрузке какого-либо порта, так как ячейки отбрасываются мультиплексором не хаотичным образом, а группами, составляющими один пакет.

            Управление сетями ForeThought. Технология ForeThought сочетает сетевое оборудование компании Fore и операционную систему (ОС) ForeThought. Последняя имеет многоуровневую архитектуру, которая, однако, не является точной копией модели OSI.

Уровень 1 составляют транспортные услуги АТМ, которые лежат в основе всей модели коммутации ForeThought. Весь трафик, не соответствующий стандарту АТМ, преобразуется в ячейки АТМ на входе в сеть. Это позволяет использовать широкие возможности АТМ, такие как коммутируемые виртуальные каналы и оптимальная маршрутизация для всех видов трафика. Ячейки АТМ являются универсальной единицей передаваемой информации в пределах всей сети. Услуги уровня 1 архитектуры ForeThought включают: автоматическое конфигурирование сети, стандарт PNNI, управление полосой пропускания, коммутируемые виртуальные каналы (SVC), обеспечение равномерной нагрузки, автоматическую перемаршрутизацию.

            Уровень 2 — это услуги виртуальных ЛВС, которые представляют собой логическое объединение пользователей, имеющих общий домен для широковещательного обмена данными. Благодаря механизму эмуляции ЛВС и использованию классического IP-протокола виртуальные ЛВС ForeThought способны поддерживать логические домены, которые могут включать как ЛВС, эмулированные с помощью АТМ, так и обычные ЛВС. Использование виртуальных ЛBC ForeThought позволяет сетевым администраторам создавать сети на основе логических взаимоотношений, независимо от физических ограничений, налагаемых обычными ЛВС. Услуги уровня 2 включают прозрачность для протоколов и прикладных программ, эмуляцию ЛВС, классический протокол IP/МРОА (RFC 1577), групповую рассылку по IP.

            Ур о в е н ь 3 составляют услуги распределенной маршрутизации. Несмотря на то, что виртуальные ЛВС ForeThought позволяют значительно уменьшить потребность в маршрутизации, определенные типы подключения к сети и сетевые услуги, тем не менее, нуждаются в ней. Маршрутизация может быть необходима, например, при взаимодействии с существующими вычислительными сетями или при обмене данными между устройствами, которые относятся к различным виртуальным  ЛВС. Для решения этих задач Роге перешла от сегодняшней монолитной модели маршрутизации к распределенной маршрутизации. Услуги уровня 3 включают: распределенное вычисление маршрута, высокопроизводительную сквозную («cut-through») маршрутизацию, интегрированную, настраиваемую групповую рассылку, возможность взаимодействия с существующими маршрутизаторами.

            Уровень 4 включает услуги прикладным программам. Позволяет существующим приложениям воспользоваться всеми возможностями технологии АТМ, Услуги уровня 4 включают: безопасность (контроль доступа), учет работы в сети (регистрация подключений), гарантированное качество услуг (резервирование полосы пропускания), оптимизацию использования ресурсов (управление . виртуальными каналами).

            ОС ForeThought совместима со всеми существующими и вновь разрабатываемыми стандартами; в то же время обладает дополнительными возможностями, которые отличают изделия компании Fоrе для АТМ-сетей от изделий других фирм. Эта система способна работать на всех типах коммутирующих устройств и  адаптеров, выпускаемых фирмой Fore.

            Программа управления сетями ForeView является составной частью системы ForeThought и представляет собой законченное решение для всех задач управления АТМ-сетями Роге. Поддерживает аппаратные средства Роге, предназначенные для работы в этих сетях, обеспечивая подробную информацию о каждом элементе сети и позволяя легко конфигурировать сеть. Простой графический интерфейс программы — удобный инструмент для того, чтобы следить за работой как всей сети в целом, так и отдельных устройств, виртуальных каналов и маршрутов, конфигурировать их, тестировать линии связи, собирать информацию о работе сети, управлять виртуальными ЛВС и устранять возможные сбои. ForeView может быть интегрирована с HP Open View, Cabletron Spectrum или SunNet Manager, либо работать самостоятельно под управлением Windows NT, Solaris, SunOS, IRIX или HP-IX. Такая гибкость позволяет применять для управления АТМ-сетью любую платформу по выбору заказчика.

5.4.2. АТМ-оборудование Cisco

Корпорация Cisco считается ведущим поставщиком высокопроизводительных ампутационных систем для глобальных сетей. Поставляет 80% маршрутизаторов, служащих основой сети Интернет. Создает высокоскоростное коммутационное оборудование АТМ и Frame Relay для внешних сетей, которое интегрирует и транспортирует широкий спектр информации. Предлагает широкий спектр решений АТМ для межсетевой среды [103, 117]: Cisco LightStream 2020 — многоцелевой АТМ-коммутатор для кампусных и глобальных приложений; LightStream 1010 — АТМ-коммутатор следующего поколения, предназначенный для магистралей рабочих групп и кампусных сетей. Cisco также предлагает адаптеры АТМ SBus и PCI Adapters, АТМ-модули для основных маршрутизаторов, маршрутизаторов доступа и коммутаторов локальных сетей. На рис. 5.4 показано сетевое решение Cisco.

            Коммутаторы Cisco для рабочих групп. LightStream 1010 АТМ-коммутатор предназначен для построения наиболее скоростных на сегодняшний день магистральных сетей (backbone) для рабочих групп, подразделений предприятий и корпораций. Аппаратная и программная реализация коммутатора и сетевых модулей полностью соответствует всем спецификациям АТМ-форума. Реализована поддержка всех классов обслуживания АТМ.

           LightStream 1010 использует пятислотовое модульное шасси, которое можно в дальнейшем изготавливаться в варианте двойного шасси. Кроме того, имеются резервный источник питания и возможность «горячей» замены модулей, что обеспечивает высокую надежность АТМ-сетей.

            Центральный слот в коммутаторе предназначен для модуля ASP (АТМ Swilh Processor), поддерживающего высокоскоростную разделяемую память и комму. тирующую матрицу. ASP в будущем будет поддерживать новый модуль с высокопроизводительным RISC-процессором, реализующим функции внутренние ядра для данного устройства. Оставшиеся слоты поддерживают до четырех несущих модулей с горячей заменой (Carrier Modules, CAMs). Каждый САМ, в свою очередь, поддерживает до двух интерфейсных модулей с возможностями горячи замены (Port Adapter, PAM). Максимальное количество интерфейсных модули (PAMs) на коммутатор — 8; поддерживается широкий выбор интерфейсов для локальных, территориальных и магистральных сетей.

            LightStream 1010 осуществляет коммутацию АТМ-соединений от индивидуальных рабочих станций, серверов, сегментов LAN или от других АТМ-коммутаторов и маршрутизаторов, использующих оптоволокно, экранированную витую пару и коаксиальный кабель (табл. 5.5).

           Магистральные коммутаторы Cisco. АТМ-коммутаторы серии BPX 8600 предназначены для построения опорных сетей. Коммутатор BPX 8600 обладает производительностью 20 Гбит/с и имеет 15 слотов расширения, два из которых используются для установки системных процессоров, один для модуля обслуживания, и 12 слотов доступны для установки интерфейсных модулей.

            АТМ-каммутаторы серии IGX 8400 используются для организации опорных сетей сервис-провайдеров и крупных предприятий. Коммутаторы IGX 8400 позволяют передавать потоки информации различной природы: голос, видео, Интернет, АТМ, Frame Relay. Коммутаторы IGX 8410, 8420, 8430 имеют 8, 16 и 32 слота расширения соответственно. Два слота применяются для установки процессорных модулей, остальные доступны для интерфейсных модулей. Основные характеристики магистральных коммутаторов Cisco приведены в табл. 5.6.

           Устройства доступа Cisco. Мультиплексор MGX 8220 предназначен для концентрации узкополосного и среднеполосного трафика для передачи по сетям АТМ. Поддерживает подключение к коммутаторам серии BPX 8660 в качестве фидера и к любому стандартному коммутатору АТМ в качестве концентратора или мультиплексора доступа. Транковые модули концентратора поддерживают стандарты Т3/Е3, ОС-3/STM-1, пхТ1 или пхЕ1 IMATM. Позволяет предоставлять Разнообразные услуги с единой платформы на скоростях менее 34 Мбит/с. Совместим с продуктами Cisco BPX 8600, IGX 8400, LightStream 1010 и другими платформами коммутаторов АТМ, которые поддерживают стандарты UNI. 

          Поддерживаемые интерфейсы включают: Т1/E1 (дробный и канальный Frame Relay) UNI/NNI, Х.21 и HSSI (высокоскоростной Frame Relay), АТМ Frame UNI, Т1/Е1 АТМ UNI/IGNI, nxT1/EI (обратное мультиплексирование для АТМ (IMA) UNI), эмуляция канала Т1/Е1, SNA/SD С и BiSync, коммутируемый доступ к ISDN.

            Пограничный мультисервисный коммутатор MGX 8850 предназначен для организации доступа абонентов к магистральной сети АТМ. Устройство соединяет функции коммутатора АТМ и маршрутизатора IP. MGX 8850 поддерживает интеллектуальные протоколы маршрутизации IP, технологию IP VPN, Frame Relay, АТМ, Circuit Emulation, доступ по PPP, передачу голоса через IP, Frame Relay, ATM.

Поддерживаемые интерфейсы включают:

             — ОС-12/SТМ-4, ОС-3/STM-1, Т3/Е3, Т1/Е1, пхТ1/E1, channelized Т1/Е1;

             — HSSI, Х.21, V.35;

— Ethernet, Fast Ethernet, FDDI.

Пограничный мультисервисный коммутатор МСХ 8850 предназначен для создания узлов с высокой концентрацией низкоскоростных потоков и дальнейшей транспортировки их в опорную сеть. Устройство поддерживает передачу информации с использованием протоколов Frame Relay, ATM Frame UNI, T1/E1 АТМ, пхТ1/Е1 IMA UNI, SNA/SDLС, Bisymc, Circuit Emulation, ISDN PRI.

            Мультисервисный концентратор доступа Cisco МС3810 предназначен для одновременой передачи голоса/факса и данных по глобальным сетям, поддерживает различные протоколы: АТМ, Frame Relay, Х.25, Ethernet, IP, IPX и др. Cisco MC3810 может поддерживать различные пользовательские интерфейсы, такие как магистральный порт T1 E1, последовательные порты ввода-вывода, порт Ethernet для подключения к локальной сети, аналоговые порты для подключения к аналоговым телефонам и цифровой порт T1 E1 для подключения к цифровой АТС.

            Сетевые модули АТМ используются как модули расширения  в коммутаторах Catalyst и маршрутизаторах Cisco. Коммутаторы и маршрутизаторы, имеющие модульную структуру, позволяют интегрировать интерфейсные модули АТМ. Например, шасси коммутатора Catalyst 5500 интегрирует в себе интерфейсные модули Catalyst 5000 и LightStream 1010.

            Управления сетями Cisco. Управление коммутационными платформами Cisco осуществляет ОС Cisco IOS. Составной частью системы Cisco является программное обеспечение управления сетью CiscoWorks, в состав которой входит системы мониторинга и управления устройствами CiscoView, система управления виртуальными ЛС VLANView и система мониторинга и управления нагрузкой TrafficView.

            Корпорация Cisco разработала продукт Netsys Service-Level Management Suite 4.1 (NSM) Cisco Systems, позволяющий проектировать новые и контролировать работу существующих сетей. Данный продукт позволяет сетевым администраторам определять конфигурацию сети, контролировать политику безопасности и быстро ликвидировать проблемы, которые могут возникать в процессе эксплуатации.

            В состав NSM входят следующие компоненты: Connectivity Service Manager, Perfomance Service Manager, LAN Service Manager и WAN Service Manager. Netsys Connectivity Service Manager наблюдает за реальной конфигурацией сети и, используя внутренний набор правил, проверяет доступность ключевых сетевых ycлуг и корректность их предоставления. Этот же продукт позволяет выполнять виртуальное макетирование и анализ сетей без их физической сборки и тестирования. Netsyk Perfomance Service Manager дополняет возможности Connectivity Service Manager, позволяя определять, наблюдать и оптимизировать уровень производительности сети, предоставляемый различным приложениям. Netsys LAN Service ,Manager добавляет возможность просмотра диагностики топологии локальных ей или сетей, в которых работают коммутаторы LAN Catalyst Cisco Systems.

             Netsys WAN Service Manager предоставляет возможность анализа топологии

устранения сбоев в сети WAN-коммутаторов. Основные возможности:

— использование реальных сетевых данных;

            — отдельные топологии для разных протоколов;

            — управление уровнем доступа;

            — управление уровнем безопасности;

            — управление уровнем производительности;

            — «What-if» анализ;

            — создание готовых конфигураций маршрутизаторов;

            — быстрая автоматическая диагностика проблем (QuickSolver);

            — интеграция между маршрутизаторами и коммутаторами;

            — www-интерфейс.

            С помощью Cisco QoS Policy Manager (QPM), опираясь на существующие в Cisco IOS механизмы качества обслуживания QoS, сетевые администраторы получают возможность гарантировать работу ключевых приложений, разрабатывая централизованную политику и автоматически используя ее во всей сети. Cisco QoS Policу Manager — полноценная система, которая упрощает сложность конфигурирования как можно упростить использование качества обслуживания  QoS в сети предприятия. QPM предоставляет пользователям максимальный выигрыш от дифференцированных услуг, автоматического управления политикой QoS и повышения эффективности использования глобальных сетей. Основные возможности:

            —централизованное управление политикой качества обслуживания QoS— удобный в использовании графический интерфейс пользователя исключает необходимость конфигурирования каждого устройства на базе концепции «политики» для настройки, модификации и применения QoS;

            — дифференцированное обслуживание траффика — развитый инструментарий упрощает конфигурирование классификации трафика;

            — конфигурирование качества обслуживания QoS в пределах домена — механизм объединения интерфейсов в домены, для которых назначаются раз личные политики;

            — полная поддержка механизмов качества обслуживания QoS, используемых в IOS;

            — надежное использование политики — верификация политики, предварительный просмотр изменений, частичное изменение АСL (Access Control Lists). Формирование отчетов через www-интерфейс;

            — полная поддержка оборудования и версий IOS — QPM поддерживает широкий спектр устройств и программного обеспечения, включая Cisco 2500, 3600, 4000, 4500, 4700, 7200, 7500, RSM для Catalyst 5000, Cisco 8510 и LocalDirector V.3.1.1, IOS версий 11.1, 11.2, 11.3, 12.0 и 11.1сс;

            — интеграция с CiscoWorks2000.

            — требования к аппаратуре Cisco QoS Policy Manager 1.0.

5.4.3. АТМ-оборудование Nortel Networks

Компания Nortel является одним из крупнейших поставщиков коммутационного оборудования. Диапазон производимой компанией продукции очень широк и включает цифровые АТС, волоконно-оптические усилители и повторители, оборудование для SDN, мультиплексоры доступа, коммутаторы и узлы доступа сетей Х.25 и Frame Relay, полный спектр оборудования для сетей АТМ и сотовой телефонии.

            Семейство устройств для сетей АТМ объединяет следующие модели [100, 111]: сетевые модули АТМ, Centillion — коммутатор АТМ для сети масштаба кампуса, Passport — граничный коммутатор/мультиплексор доступа в сети АТМ, Vector— базовый коммутатор сетей АТМ средней и большой мощности, Concorde — базовый коммутатор сетей АТМ сверхбольшой мощности.

            Коммутаторы Вау Networks для кампуса. Оборудование фирмы Вау Networks (подразделение Nortel Networks) позволяет строить любые сети масштаба кампуса. По функциональным возможностям оборудование Вау Networks приближается к оборудованию Forе Systems. Характеристика АТМ-коммутаторов Centillion фирмы Вау Networks приведена в табл. 5.7.

Коммутаторы Nortel для корпоративных сетей. Оборудование фирмы Nortel хорошо подходит для корпоративных сетей, интегрирующих различные вилы услуг и обеспечивающих доступ к АТМ-магистрали. Коммутационное оборудование Magellan Passport дает возможность получить комплексные решения для всех четырех ключевых областей корпоративных сетей:

            — коммутация ЛВС — АТМ;

            — коммутация голосовых сообщений по АТМ;

            — коммутация мультимедиа по АТМ;

            — коммутация ГВС и магистральная коммутация АТМ.

Граничный коммутатор Passport выполняет функции коммутатора корпоративной сети с резервированием и наращиванием и устройства доступа в АТМ для различных типов данных. Имеет архитектуру многопроцессорного коммутатора АТМ с системой множественных приоритетов Magellan: на классы услуг и контроль перегрузки на базе ячеек и пакетов. Коммутатор Passport обладает ориентированной и не ориентированной на соединение маршрутизацией, возможностью доуплотнения трафика, имеет множественные буферы по 10К, чувствительные к перегрузкам интерфейса. Устройство выполняет функции объединения сетей и функции доступа для компьютерных данных (LAN), видеоинформации, Frame Relay, голоса. Модули коммутатора поддерживают интерфейсы: Т1/E1, V.35, V.11, T3/E3, J2, ОС-13/SТМ-1, Ethernet, FDDI, Toking Ring. Выполняются следующие функции внутри сетевого взаимодействия: поддержка Magellan MPS, еnd-to-end networking, множественные системы маршрутизации. Устройство может иметь одну или две свич-фабрики, производительность каждой 1,6 Гбайт/с. Разные модели устройства имеют от 5 до 16 слотов и выполнены в настольном или стоечном корпусе. Характеристики коммутаторов Passport приведены в табл. 5.8.

            Магистральные АТМ-коммутаторы Nortel. Магистральный АТМ-коммутатор Magellan Vector — доработанный коммутатор ASX-1000 фирмы Fore System. Его отличает резервирование по схеме 1+ 1, сейсмозащита, наработка на отказ более 45 лет. Производительность от 2,5 до 5 Гбит/с, в будущем — 10 Гбит/с. Устройство имеет неблокированную шину и полный набор сервисных функций. Сильной стороной коммутатора является одна из лучших в индустрии система управления трафиком. Последняя основана на организации в выходном буфере отдельных очередей для каждого соединения (per-VC queues). Это позволяет одновременно работать с множеством приложений, имеющих разный приоритет, лаже в условиях перегрузок. В Vector реализованы такие сильные механизмы управления трафиком, как Early Packet Discard/Partial Packet Discard (это повышает в условиях перегрузки производительность при передаче данных на порядок), Trafficshaping, User Parametr Control. Поддерживаются все основные типы трафика: CBR, rt-VBR, VBR, UBR, ABR. Vector поддерживает коммутируемые виртуальные соединения (SVC), постоянные виртуальные соединения (PVC), Smart PVC, постоянные виртуальные каналы (PVP) с интерфейсами UNI 3.0/3.1, NNI (IISP, PNNI, В-ICI) для топологий «точка — точка» и «точка — много точек». Система управления позволяет осуществлять конфигурирование сети, мониторинг ее функционирования, контроль аварийных ситуаций. Очень важной является способность системы Usage Data Collection осуществлять запись детальной (более 30 параметров, включая широкий спектр информации по управлению соединениями, временем ожидания и качеству обслуживания) Log информации о виртуальных соединениях, что позволяет операторам связи выставлять счета с учетом сервиса, предоставляемого сетью клиенту.

            Magellan Vector поддерживает различные интерфейсы служб доступа и каналов АТМ, включая Т1/Е1 (1,5 — 2 Мбит/с), J2 (6 Мбит/с), Т3/E3 (45/34 Мбит/c), ОС-3с/SТМ1 (155 Мбит/с) и ОС-12с/STM4(622 Мбит/с). Совместимость с системами Magellan Concord и Magellan Passport и общая система управления, интегрированная поддержка технологий ForeView и ForeThought позволяют интегрировать все устройства в единую систему. Высокая надежность Vector достигнута благодаря полному резервированию всех компонент коммутатора (процессоры, switch fabrics, интерфейсы, блоки питания, шины синхронизации) по cxeма «1+ 1». Конструктив удовлетворяет требованиям ETSI и Bellcore (NEBS) и является сейсмоустойчивым.

            Магистральный АТМ-коммутатор Magellan Concorde является единственным в мире устройством с производительностью системной шины 80 Гбит/с, поддерживает все сервисные функции и интерфейсы. Полностью поддерживает стандарты АТМ Форума (UNI версии 3.0, 3.1, 4.0). Основными преимуществами системы Magellan Concord являются: лучшие среди аналогов параметры управления трафиком и возможности организации стандартных соединений, разветвленная архитектура, возможность наращивания, полное резервирование. Magellan Concorde поддерживает стандарты АТМ Forum Compliant UNI/NNI, физические интерфейсы DS3, ОС-3с и ОС-12с (1xSTS-12с или 4xSTS-3с), а тают полностью совместим с SONET оборудованием.

            Magellan Concorde имеет распределенную архитектуру на трех уровнях: коммутация, обработка вызовов и управление коммутацией. Каждый из трех уровней может быть выстроен независимо от остальных, что позволяет повышать мощность системы, обеспечивает ее рост и быстрое внедрение новых прибыльных функций, основанных на использовании широкой полосы пропускания. Коммутация (Switching Element Layer) предоставляет коммутацию ячеек АТМ и порты для подключения физических линий. Контролер реального времени (RTC) обеспечивает коммутирующим элементам возможность высокопроизводительной обработки вызова, включая управление соединениями SVC и PVC; соединениями «точка - точка», «точка-много точек», «много точек — много точек»; адресацию и маршрутизацию, управление приемом входящих соединений, расчеты с клиентами, управление отказами и восстановление соединений, управление трафиком.

            Управление сетями Nortel. Система сетевого управления Magellan NMS (Networks Management System) предназначена для контроля за сетевыми элементами и управлением их производительностью. Система NMS включает средства поиска неисправностей, средства настройки параметров производительности и конфигурации, средства управления предоставлением услуг. Средства управления предоставлением услуг включают систему управления сетью Service Monitor, которая осуществляет контроль за параметрами производительности сети, средство генерации статистических отчетов Service Management Reporter, включая отчеты пользователя о выполнении соглашения об уровне обслуживания, средство Service Activation, обеспечивающее сквозное предоставление услуг Frame Relay и управление АТМ-соединениями при помощи графического интерфейса пользователя.

5.4.4. АТМ-оборудование Alcatel

В начале 2000 г. произошло объединение компаний Alcatel и Newbridge Networks с целью интеграции изделий и формирования единой линейки продуктов, сочетающей в себе их сильные стороны и охватывающей полную гамму современных сетевых технологий [106, 121]. С декабря 2001 г. измененилось название выпускавшейся продукции корпорации Newbridge. Новому названию продукции фирмы Alcatel 7270 MSC, 7470 MSP, 7670 RSP соответствует старое на- звание продукции Newbridge 36177 MainStreet, 36170 MainStreet, 670 RSP.

            Платформы 7470 MSP и 7270 MSC позволяют предлагать разнообразные услуги. На рис. 5.5 показана платформа 7470 MSP как часть широкополосной сети АТМ; платформа 7270 MSC служит для сбора низкоскоростного трафика. Оборудование Alcatel 3600 MainStreet представляет собой универсальный узел, сочетающий функции интегрированного мультиплексора речи и данных, коммутатора Frame Relay и Х.25, узла доступа малой емкости к сети АТМ и многофункционального кроссового коммутатора. На основе платформы 7670 RSP строится ядро магистральной сети АТМ/MPLS/IP.

            На рис. 5.6 показано сетевое решение компании Alcatel для корпоративной сети АТМ. Магистраль сети строится на коммутаторах 36170 (7470 MSP) и 36150. Для сопряжения с ЛВС служат коммутаторы 36030 и 36050, с сетями Frame Relay и TDM — станция коммутации пакетов 36120 и мультиплексоры 3645 и 3600.

Магистральные коммутаторы Alcatel. Универсальный коммутатор доступа AlcateI 7270 MSC (Multiservice Concentrator) позволяет довести непосредственно до пользователя весь спектр услуг, предоставляемых широкополосной магистральной сетью АТМ. Совместим с коммутаторам и 7470, для управления коммутатором 7270 применяется программа управления Alcatel 5620. Используется для организации доступа в транспортную сеть АТМ для арендованных каналов связи, соединительных линий УАТС (с компрессией и без компрессии речи), локальных сетей, Frame Relay, корпоративных сетей АТМ.             Характеристики коммутатора 7270 приведены в табл. 5.9.

            Коммутатор Alcatel 7470 MSP (Multiservice Platform) — коммутатор опорных сетей АТМ, имеет высокую пропускную способность и высокую производительность. Предназначен для сетей общего пользования и корпоративных сетей. Поддерживает функции управления полосой пропускания и трафиком, необходимые для широкомасштабной реализации технологии АТМ и предоставления разнообразных телекоммуникационных услуг, имеет встроенную поддержку протоколов IP и MPLS. Вместе с программой управления Alcatel 5620 образует законченное техническое решение, позволяющее строить крупные сети ATM/MPLS с высокой пропускной способностью.

            На базе коммутатора Alcatel 7470 можно строить сети АТМ как с использованием, так и без оборудования SDH для транспорта трафика АТМ. Если оборудование SDH отсутствует, то оптические интерфейсы коммутатора Alcatel 7470 позволяют применять оптические кабели длиной до 100 км без регенераторов.

            Коммутатор Alcatel 7470 имеет многокаркасную конструкцию. Это позволяет обеспечивать постепенное увеличение пропускной способности коммутатора, начиная с пропускной способности одного каркаса 1,6 Гбит/с и до 12,8 Гбит/с в многокаркасной конфигурации. Функционально каркасы делятся на периферийные (поддерживающие интерфейсные платы со скоростями доступа до 155 Мбит/с), коммутационные и периферийные высокоскоростные (поддерживающие интерфейсные платы со стыком STM-4). Коммутационный каркас коммутирует трафик между платами периферийных каркасов. В однокаркасном варианте коммутатора Alcatel 7470 коммутационный каркас не требуется, и трафик коммутируется самим периферийным каркасом. Коммутационный и периферийные каркасы соединяются друг с другом оптическими кабелями. Это позволяет строить территориально распределенные коммутаторы АТМ, каркасы которых разнесены на расстояние до 15 км. Полностью укомплектованный коммутатор Alcatel 7470 состоит из 16 периферийных каркасов, одного коммутационного каркаса (плюс один каркас для резервирования) и одного периферийного высокоскоростного каркаса (см. табл. 4.9).

            Коммутатор Alcatel 7670 RSP (Routing Switch Platform) — универсальная платформа для магистральных сетей нового поколения. Учитывая бурный рост трафика IP, компания Alcatel объединила в едином устройстве функции коммутации пакетов АТМ, MPLS и IP. Обладает исключительной масштабируемостью. При его разработке использован большой опыт компании по созданию высоконадежного оборудования для сетей общего пользования, нашли воплощение самые последние достижения в области передачи голоса и данных, а также управления сложными современными сетями. Все основные модули устройства Alcatel 7670 резервированы, включая блоки управления, коммутации, питания, охлаждения, информационные интерфейсы и интерфейсы управления. Любой резервированный элемент можно заменять без прерывания работы устройства.

            Важнейшие функции дублированы по принципу горячего резерва, включая маршрутизацию PNNI и обработку вызовов АТМ. Минимальная конфигурация состоит из одного каркаса, в котором могут быть установлены 224 порта  ОС-3с/STM-1, 56 портов ОС-12с/SТМ-4 или14 портов ОС-48с/STM-16. Непосредственно в процессе работы ее можно наращивать до максимальной пропускной способности 450 Гбит/с путем подключения дополнительных каркасов. В максимальной конфигурации система поддерживает 1700 полностью резервированных портов ОС-3/SТМ-1, 124 порта ОС-48с/STM-16 или 31 порт ОС-192с/SТМ-64. Удовлетворяет самым жестким требованиям, предъявляемым к сетевому оборудованию. Характеристики коммутатора 7670 приведены в табл. 5.10.

            Устройства доступа к АТМ-сети Alcatel. Коммутаторы ЛВС 36030/36050 MainStreet обеспечивают доступ к сетям АТМ из ЛВС Ethernet или Token Ring. Коммутаторы имеют следующие интерфейсы: 12 интерфейсов ЛВС Ethernet/802.3 (36030 MainStreet); 10 интерфейсов ЛВС Token Влпф802.5 (36050 MainStreet); интерфейсы АТМ ОС-3/STM-1; один логический мост на каждый порт ЛВС. Адаптеры ЛВС 36030/36050 MainStreet реализуют сопряжение ЛВС Ethernet и Token Ring через опорную сеть АТМ.

Станция коммутации пакетов 36120 MainStreet является быстродействующей платформой, обеспечивающей как коммутацию каналов, так и коммутацию пакетов Frame Relay и Х.25. Возможно введение средств сопряжения с АТМ. Обладает всеми возможностями устройств 3600/3645 по коммутации каналов. В режимах Frame Relay и Х.25 имеет пропускную способность свыше 100 000 пакетов/с. Встроенный модуль FRATM обеспечивает сопряжение с АТМ: с мульти-сервисной платформой Alcatel 7470 и с сетями АТМ третьих сторон.

            Универсальный мультиплексор 3600 MainStreet сочетает в себе функции интегрированного мультиплексора речи и данных, интеллектуальной аппаратуры каналообразования, цифрового кросс-коммутационного устройства, а также коммутатора пакетов Frame Relay и Х.25. Мультиплексор 3600 MainStreet может использоваться в качестве:

            — сетевого коммутатора со скоростью коммутации до 64 Мбит/с в опорных сетях общего пользования и корпоративных сетях для коммутации каналов речи, данных, ЛВС, Х.25, Frame Relay, ISDN и доступа в сети АТМ (интерфейс Е1 АТМ);

            — коммутатора доступа с интегрированными интерфейсами HDSL, 2B1Q для обеспечения цифрового доступа по абонентским парам;

            — узла-шлюза для преобразования телефонных сигнализаций, компрессию речи и данных, выполняющего функции эхозаграждения и эхоподавления, поддерживающего использование спутниковых каналов связи.

            Система управления сетью Alcatel 5620 (MainStreetXpress 46020). Базовым продуктом для управления сетями служит программный комплекс Alcatel 5620. Устанавливается на одной или нескольких рабочих станциях SUN производства компании Sun Microsystems. С его помощью осуществляется управление всеми видами оборудования (TDM, Х.25, Frame Relay, АТМ).

            Основные характеристики системы управления Alcatel 5620: — управление оборудованием семейств MainStreetXpress и MainStreet с различными сетевыми технологиями: IP (Internet Protocol), АТМ (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay, SONET/SDH (Synchronous Optical Network/ Synchronous Digital Hierarchy), TDM (Time Division Multiplexing) и Х.25/Х.75, функционирующими в рамках одной сети;

            — интеграция управления локальными и глобальными сетями;

            — интеграция управления сетями Х.25/Х.75, Frame Relay, АТМ, TDM, имеющими собственные средства управления;

            — управление гибридными сетями с использованием различных представлений сети для разных операторов;

            — управление оборудованием сторонних фирм. Система обеспечивает сквозное управление соединениями независимо от используемых сетевых технологий. Это означает, что оператору для создания нового соединения достаточно указать начальную и конечную точки на узлах и задать параметры создаваемого соединения, а нахождение оптимального маршрута через сети различной природы и выполнение необходимых операций по установлению соединения берет на себя система управления Alcatel 5620.

            Система управления включает программу управления сетевыми элементами Alcatel 5621, программу управления сетью в целом Alcatel 5620 NM, модуль управления услугами xDSL Alcatel DSL SM, модуль управления виртуальными частными сетями Alcatel 5620VSM, программу Alcatel 5660 проектирования сетей Frame Relay, Х.25, АТМ.

5.4.5. АТМ-оборудование фирмы Enterasys (Cabletron)

            Фирма Enterasys предлагает новое поколение АТМ-коммутаторов, представляющих масштабируемое законченное решение. В зависимости от необходимого числа портов фирма предлагает семейство коммутаторов SmartSwitch 2500, SmartSwitch 6500 SmartSwitch 9500 [114, 115].

            Коммутатор Enterasys для рабочей группы. Коммутатор SmartSwitch 2500 является АТМ-коммутатором рабочей группы с поддержкой широкого спектра интерфейсов и типов сервисов. Обладая модульной архитектурой, коммутатор позволяет гибко планировать развитие корпоративной сети. Коммутатор SmartSwitch 2500 имеет следующие технические характеристики:

            — производительность — 2,5 Гбит/с (неблокируемая матрица);

            — задержка — 10 мс;

            — память — 40 Мбайт (32+ 8 Мбайт);

            — Flash-память — 8 Мбайт;

            — буферы — 2А100 (16000 ячеек), 2А100 (32000 ячеек);

            — максимальное число модулей — 4;

            — максимальное число портов пользователей — 15;

            — типы АТМ-интерфейсов — ОС-3с/SТМ-1, ОС-12с/STM-4, DS-3, Е3;

— поддержка сигнализации UNI 3.0/3.1/4.0, IISP, PNNI, Traffic Management 4.0;

            — поддержка сервисов — LANE 1.0/2.0, ABR, CBQ, Traffic shapping;

— управление — протокол SNMP, платформа управления Spectrum.

           Магистральные коммутаторы Enterasys. Коммутатор SmartSwitch 6500 представляет собой 10-слотовое шасси с возможностью установки восьми интерфейсных модулей. Предназначен для построения ядра корпоративной сети или сети провайдера. Данная модель является развитием модели LAN коммутатора SmartSwitch 6000. Новое шасси сохраняет возможности ранее приобретенных LAN модулей и позволяет сократить затраты на внедрение АТМ в корпоративной сети. Высокая отказоустойчивость достигается за счет резервирования фабрики коммутации, процессора коммутации и источников питания. Техническая характеристика коммутатора SmartSwitch 6500 дана в табл. 5.11.

            Коммутатор SmartSwitch 9500 представляет собой 14- и 6-слотовое шасси с возможностью установки 14 и 6 интерфейсных модулей. Служит для построения ядра крупной корпоративной сети или сети провайдера. Коммутатор SmartSwitch 9500 представляется развитием модели LAN коммутатора SmartSwitch 9000, сохраняет возможности ранее приобретенных LAN-модулей коммутатора SmartSwitch 9000. Высокая отказоустойчивость достигается за счет резервирования фабрики коммутации, процессора коммутации и источников питания.

            Устройства доступа. Модуль VHSIM-A6DP предназначен для подключения коммутатора SmartSwitch 6000 к АТМ-сети, имеет возможность установки двух портов АТМ и поддерживает интерфейсы: неэкранированную витую пару, коаксиальный кабель, одно- и многомодовое волокно.

            Семейство многоуровневых коммутаторов SmartSwitch Router — одно из самых новых в ряду продуктов компании Cabletron. Каждое новое устройство SmartSwitch Router обладает сверхвысокой производительностью, большим выбором интерфейсных модулей, передовой архитектурой и богатыми функциональными возможностями для использования в корпоративных сетях. Устройство SmartSwitch Router представляет собой самый мощный из выпускающихся на сегодняшний день многофункциональных коммутаторов/маршрутизаторов и позволяет строить на его основе вычислительные сети с применением таких современных технологий, как коммутация уровня 3, высокоскоростная маршрутизация уровня 3 и коммутация уровня 4.

            Устройство SmartSwitch Router поддерживает передовые технологии передачи данных, такие как Fast Ethernet, GigabitEthernet и АТМ. Кроме поддержки традиционных сетевых технологий, устройство SmartSwitch Router поддерживает и WAN-соединения, что дает возможность использования данного устройства в качестве мощного магистрального маршрутизатора со стандартным набором функций и поддерживаемых коммуникационных протоколов.

            Интерфейсные модули SmartSwitch Router обеспечивают работу устройства в сетях АТМ с использованием скоростей от 34 (DS-3) до 155 Мбит/с (ОС-3). Устройство SmartSwitch Router поддерживает широкий спектр WAN-технологий, включая поддержку PPP, Frame Relay, HSSI, SONET.

            Платформа сетевого управления SPECTRUM. Продукт компании Cabletron Systems SPECTRUM предназначен для распределенного управления сетями неограниченного размера независимо от сетевого протокола и установленного сетевого оборудования. Способен управлять всеми сетевыми устройствами и элементами сети, выявлять, исправлять или корректировать проблемы, возникающие в сети, и информировать сетевых администраторов об изменении их состояния.

            Выявление проблемы в сети осуществляется с помощью технологии индуктивного моделирования (Inductive Modeling Technology, IMT) — формы искусственного интеллекта. Это позволяет системе SPECTRUM как самостоятельно решать проблемы, так и инициировать их устранение.

            Для системы SPECTRUM существуют разработанные модули управления как устройствами Cabletron, так и устройствами компаний 3Com, Cisco, Cayman, Proteon, Shiva, Chipcom, Retix, Sonix, Dec, Hughes, IBM, Xylogics, Xyplex, Fоrе Systems, Ungermann-Bass, Kentrox, станциями Sun, SGI, HP, IBM, Dec, NT, источниками бесперебойного питания APC.

          Продукт отличает высокий уровень полноты и детализации информации, получаемой от устройств, поддерживающих протокол SNMP или ICMP.

            Spectrum позволяет с помощью дополнительного набора Level 1 Developers Toolkit (без использования элементов программирования) создавать новые типы моделей хабов, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов, серверов и т.п. или же производить модификации существующих типов.

            Базовыми операционными системами, на которых работает SPECTRUM, являются Solaris (SPARC) и Windows NT (Intel), причем набор функций и пользовательский интерфейс абсолютно одинаковы. В состав системы входят две обязательные компоненты SpectroSERVER и SpectroGRAPH. Кроме того, дополнительно подбирается набор тех или иных модулей управления. Сервер Spectro- SERVER хранит БД, собирает статистику и анализирует информацию. С целью уменьшения трафика может использоваться распределенная конфигурация с несколькими серверами. Клиентская часть SpectroGRAPH — графический пользовательский интерфейс, реализующий гибкий, удобный доступ к SpectroSERVER. Может быть установлен на нескольких рабочих местах администраторов.

            В основной пакет SPECTRUM входит ряд интегрированных средств:

            — автоматическое определение топологии (Autodiscovery). SPECTRUM, используя протоколы SNMP и ICMP, обнаруживает сетевые устройства в определенных диапазонах IP-адресов, считывает информацию, хранящуюся на маршрутизаторах, просматривает ARP-таблицы сетевых устройств и базу данных NIS; исходя из полученной информации размещает устройства на карте сети;

            — менеджер распределенных данных (Distributed Data Manager) представляет собой центральный репозитарий сетевой информации, разрешая доступ ко многим SpectroSERVER;

            — адаптивное моделирование (Dynamic Adaptive Modeling) позволяет опросить добавленное в сеть SNMP-совместимое устройство и динамически назначить ему управляемую модель на основе информации из MIB;

            — средство работы с MIB — приложение, обеспечивающее доступ к MIB любого SNMP-управляемого устройства;

            — средство MALT (MAC Address Locator Tool) помогает в обнаружении сетевых устройств на основе знания физических адресов;

            — PathView позволяет отобразить цепочку прохождения пакетов от пункта источника до пункта назначения;

            — Alarm Manager используется для сбора и просмотра тревожных сообщений (с указанием возможных причин возникновения) и назначения некоторых действий;

            — SpectroWATCH определяет пороговые значения и события, а также производит генерацию необходимых действий при их наступлении;

            — средство экспорта данных из SPECTRUM в следующие форматы данных: ASCII, SAS, Oracle, Ingres и Sybase (Data Export);

            — средство построения отчетов (табличных и графических) на основе БД SPECTRUM (SPECTRUM Report Generator);

            — средство выполнения автоматического резервного копирования (Online Backup) БД через определенный интервал или по требованию оператора без прерывания работы SpectroSERVER;

            —Command Line Interfase (CLI), используя команды или через составленный CLI-скрипт, позволяет выполнять многие административные функции, что особенно полезно в ситуации отсутствия по каким-либо причинам SpectroGRAPH;

            —средство автоматического запуска скриптов UNIX и приложений SPECTRUM в заданное время или периодически (SPECTRUM Sheduler);

            —UserEditor предоставляет возможность определения нескольких пользователей системы в соответствии с правилами доступа.

5.4.6. АТМ-оборудование фирмы Ericsson

            Магистральные АТМ-коммутаторы Ericsson. Фирма Ericsson предлагает для транспортных АТМ-сетей коммутаторы АТМ AXD301 и АТМ AXI 520 [122].

Коммутатор АТМ АХР301 имеет следующие преимущества: исключительная гибкость конфигурирования, соответствие надежности работы принятой для сетей общего пользования, интегрированная поддержка IP (MPLS) и MSC (центров мобильной комутации), интеграция с АТС фирмы Ericsson (Эриксон), дублирование модулей.

            Основные характеристики коммутатора AXD301:

            — пропускная способность портов — от 10 до 160 Гбит/с;

            — интегрированная поддержка — совместная работа с центрами мобильной коммутации;

            — поддержка протоколов UNI, PNNI, BISUP, BISI, IISP, AINI, MPLS;

            — сервисы АТМ — полная функциональность АТМ.

            Коммутатор АТМ AXI 520 имеет следующие преимущества: чрезвычайно низкое время задержки сигнала, высокая пропускная способность портов, гибкое сочетание разных типов портов и каналов с разной пропускной способностью, модульное ПО, дублирование модулей. Предназначен для использования на транспортных Интернет-сетях.

            Основные характеристики коммутатора AXI520:

            — производительность — 40Mpps;

            — пропускная способность портов — от 45 Мбит/с до 2,5 Гбит/с;

            — число портов — до 128 портов OC3;

            — поддержка всех протоколов сети Интернет.

            Устройства доступа Ericsson. Устройство СХ950 представляет собой мультипротокольный коммутатор доступа семейства коммутаторов доступа Memotec. Предназначено для построения корпоративной сети и организации доступа в сеть для отдельных офисов компании. Устройство имеет следующую характеристику:

            — поддержка FrameRelay, АТМ, ISDN: 8 слотов расширения;

            — производительность процессора — 22 000 кадров/с;

            — увеличенная плотность голосовых портов — 7 на модуль;

            — интерфейсные модули: аналоговые голосовые интерфейсы (FXO/FXS, E&M), цифровые интерфейсы ISDN BRI (S/Т, U), последовательные интерфейсы передачи данных (Ч.24, V.35), интерфейсы ЛВС.

Коммутаторы доступа Memotec позволяют организовать одновременную передачу голоса, факса и данных практически по любому протоколу, используемому при построении корпоративных сетей: АТМ, FrameRelay, IP и ISDN.

            Устройство АХРЗ21 представляет собой многопротокольное устройства доступа к сетям АТМ. Основная область использования — обеспечение для офиса компании выход в АТМ-сеть для совмещенной передачи по сети факсов, данных ЛВС, телефонных разговоров. Особенности устройства: мультипротокольный доступ к сети АТМ, работа по каналам E1, поддержка IP-маршрутизации, передача голоса по AALI, компрессия голоса, подавление эха.

5.4.7. АТМ-оборудование Lucent Technologies

            Сетевое решение Lucent Technologies [105] приведено на рис. 5.7.

Магистральные коммутаторы Lucent. АТМ-коммутатор GX 550 предоставляет поставщикам услуг новые уровни скорости, емкости и обслуживания. Это масштабируемое, высокоемкое решение специально разрабатывалось с учетом высокой доступности, необходимой в сетевом центре.

            Уникальная особенность GX 550 — объединение емкости и масштабируемости базового коммутатора с сервисными возможностями граничных коммутаторов, т.е. реализация магистрального транспорта и пользовательских услуг на единой платформе. Поддерживаются дополнительные IP-сервисы с использованием IP Navigator MPLS.

Коммутатор АТМ GX 550 поддерживает Gigabit Ethernet, ОС-3/STM-1, ОС- 12/STM-4 и ОС-48/STM-16, помогая поставщикам услуг удовлетворять постоянно растущие требования к полосе пропускания. Функции и возможности:

            — масштабируемая архитектура, распределенная обработка и базовая коммутационная матрица 25 Гбит/с обеспечивают масштабирование по мере необходимости;

            — 56 слотов, модульная архитектура — 2 слота выделены для основного и резервного модулей коммутационной матрицы АТМ и резервного модуля  коммутационной матрицы АТМ;

            — 2 слота для основного и резервного узлового модуля обработки (Node Processor Module);

            — 2 слота для основного и резервного модулей таймера;

            — 10 слотов для базовых модулей ввода/вывода;

     — 40 слотов для модулей физических интерфейсов;

            — высокая емкость: поддержка 160хОС-3/SТМ-1 или 40xOC-12/STM-4, или 10хОС-48/SТМ-16 в одном модульном шасси;

            — интеллектуальная буферизация обеспечивает мгновенное изменение емкости буфера при резком увеличении трафика пользовательских приложений;

            — буфер на 2 млн ячеек на каждый модуль ввода/вывода;

            — 256 000 виртуальных цепей на каждый модуль ввода/вывода;

            — 5000 коммутируемых виртуальных цепей в секунду на коммутатор;

            — усовершенствованные технологии переключения в случае сбоев и восстановления обеспечивают постоянную доступность, необходимую в современных открытых сетях передачи данных;

            — система управления топологией Virtual Network Navigator облегчает реализацию гарантированного качества обслуживания по всей сети;

            — резервирование реализует высокую аппаратную и программную сетевую надежность;

            — прямое оптоволоконное соединение дает экономичное и эффективное альтернативное решение высокоскоростного транкинга, позволяя поставщикам услуг подключать интерфейсы ОС-3/STM-1, ОС-12/STM-4 и ОС-48/STM-16 непосредственно к волоконно-оптическому кабелю;

            — полное сквозное управление услугами при помощи управляющего приложения Navis.

            Коммутатор СВХ500 — мультисервисный коммутатор с пропускной способностью 5 Гбит/с — предлагает возможности операторского класса, необходимые для построения сетей следующего поколения. Его продвинутая модульная архитектура позволяет поставщикам услуг предлагать АТМ, Frame Relay и IP на единой высокоемкой платформе.

            СВХ 500^® — это стандартные службы АТМ, самая высокая плотность портов для интерфейсов Frame Relay, дополнительные IP-сервисы с использованием IP Navigator MPLS.

Функции и возможности: — стандартные службы АТМ, высокоскоростные услуги Frame Relay, услуги IP; — единая платформа и плотность портов: до 112 T1/Е1 АТМ, 112 DS3/E3

АТМ, 84 DS3/Е3 Frame Relay, 56 10/100 Мбит/с Ethernet, 56 ОС-3/SТМ-1 АТМ или 14 OC-12/SТМ-4 АТМ портов;

            — максимум 16 000 виртуальных соединений на один модуль ввода/вывода;

            — максимум 3000 коммутируемых виртуальных соединений в секунду на коммутатор;

            — система управления топологией Virtual Network Navigator облегчает реализацию гарантированного качества обслуживания по всей сети;

            — комплексный алгоритм (Call Admission Control, САС) обеспечивает оптимальное использование ресурсов, управление трафиком ТМ 4.0, EPD (Early Packet Discard), PPD (Partial Packet Discard), формирование виртуальных маршрутов/виртуальных соединений, управление трафиком Closed Lоор;

            — мультипроцессорная архитектура и заказные БИС обеспечивают высокую производительность и пропускную способность;

            — архитектура Quad-Plane (128 буферов ячеек) реализует выполнение гарантий качества обслуживания;

            — управление коммутатором СВХ 500^® осуществляется при помощи системы Navis.

            Устройства доступа Lucent. Stinger — концентратор доступа АТМ DSL, позволяющий по существующим телефонным линиям выходить на магистральную

сеть АТМ по каналам АТМ и Frame Relay. Часть общего решения, охватывающего все сетевые уровни. Если продукты линий GX и СВХ создают центральную магистраль, то мультиплексоры доступа DSL (Stinger, DSLTNT или DSLMAX 20) обеспечивают доступ к сетевому ядру. Со стороны абонентов используются маршрутизаторы CellPipe и DSLPipe для АТМ и FR соответственно.

            Мультисервисные шлюзы PacketStar^® PSAX поддерживают различные услуги передачи голоса, видео и данных и широкий спектр стандартных сетевых интерфейсов АТМ. Интеграция с продуктами NavisCore обеспечивает управление продуктами широкополосного доступа с той же платформы управления Navis, что используется для остальных базовых коммутаторов Lucent Technologies. Кроме того, управление продуктами линии PSAX может осуществляться независимо, через приложение управления элементами на базе Java. Широкополосные решения доступа для поставщиков услуг и конечных пользователей обеспечивают интегрированный мультисервисный доступ, масштабируемый от T1/Е1, NxT1/Е1 IMA и DS-3/ЕЗ до ОС-12/SТМ-4.

            Функции и характеристики:

— Стандартные ЛВС.

            • 10/100 Мбит/с Ethernet,

            • соответствие рекомендациям RFC 1483 (функции бриджинга),

            • поддержка IP-маршрутизации и ВЧС,

            • формирование трафика (Traffic shaping), поддержка качества обслуживания,

• множественные группы ЛВС на единой платформе.

— Кадры:

            • туннелирование всех кадровых протоколов,

            • межсетевое взаимодействие АТМ-кадры,

            • межсетевое взаимодействие (FRF.5),

            • сервисное взаимодействие (FRF.8),

            • соответствие документам Форума Frame Relay,

            • пропускная способность до 10 Мбит/с на порт.

— Сжатие голоса:

            • на базе стандартов (G.711,G.726,G.729А,G.723.1),

            • обнаружение/подавление пауз,

            • обнаружение голосовой активности,

            • генерация комфортного шума,

            • эхокомпенсация,

            • обработка факсов/пропуск модемных сигналов.

          — Эмуляция цепей:

            • структурированные услуги: Nx56/64 кбит/с; DARS-аггрегация,

            • неструктурированные услуги,

            • соответствие документам АТМ Форума,

            • динамическое распределение полосы пропускания: активация голоса и видео,

            • поддержка сигнализации CAS/CCS.

— АТМ UNI:

            • поддержка классов обслуживания CBR, rt-VBR, nrt-VBR, UBR,

            • правила трафика,

            • регулировка насыщения (конфигурируется по классам услуг, ЧР, VC),

            • PVC, S — РЧС, SVC,

            • управление признанием соединения,

            • конфигурируемое превышение полосы пропускания (overbooking). Мультисервисный маршрутизатор доступа AccessPoint® 600 — высокопроизводительный IP-маршрутизатор следующего поколения, предназначенный для развертывания клиентских решений на малых и средних предприятиях. Основные функции Access Point 600:

            — IP-маршрутизация;

            — качество обслуживания IP на базе CBQ (Class-Based Queuing);

            — обеспечение безопасности виртуальных частных сетей;

            — управляемые услуги

            Маршрутизатор Access Point® 600 поддерживает скорость IP-форвардинга, 220 Мбит/с (при шифровании 3DES — 90 Мбит/с), 600 туннелей IPSec, 3500 туннелей ВЧС удаленного доступа. Продукт поддерживается программным комплексом Access Point QVPN Builder™, предназначенным для развертывания и управления услугами IP VPN и качества обслуживания QoS. IP-маршрутизация:

            — доступ по различным интерфейсам — от ISDN до ОС-3;

            — широкий спектр протоколов IP-маршрутизации: IP, RIP, RIP2, OSPF, BGP-4, IGMPv2, форвардинг на основе правил (policy forwarding), статическая маршрутизация; К протоколы ГВС: FR, ISDN, PPP, Multilink PPP, SMDS, АТМ;

            — интерфейсы ГВС и ЛВС: 10/100 Ethernet, MSSI, HSSI, T1/ E1, ISDN, АТМ ОС-3/STM-1;

            — поддержка мобильных сетей. Качество обслуживания IP:

            — явное дискретное управление скоростью передачи IP-уровня (Explicit granular:. IP-layer rate control);

            — гибкая иерархическая классификация трафика;

            — управление полосой пропускания с использованием CBQ;

            — расширение полосы пропускания для оптимизации использования ресурсов (Bandwidth Borrowing to Optimize Resource Usage);

            — сигнализация QoS/CoS по стандартам DiffServ и 802.1р.

            Функции безопасности ВЧС:

            — туннельные сервисы: IPSec, L2TP, IP-IP, GRE;

            — динамическое управление ключами IKE;

            — фильтрация пакетов в режиме «Stateful»;

            — защита от атак типа «отказ в обслуживании»;

            — шифрование: IPSec и 3DES.

            Функции управления:

            — полное управление SNMP;

            — командный язык сценариев;

            — Web-управление;

            — параметризация ВЧС и качества обслуживания QoS на базе правил (Access Point QVPN Builder™) RADIUS

            — возможность перехода к Navisr iOperations.

Шлюз доступа в ТфОП VoNGATE — универсальный голосовой шлюз, позволяющий операторам связи предоставлять услуги голосовой связи с качеством обычной проводной линии. При этом в качестве среды передачи голоса используется высокоскоростная сеть передачи данных.

            VoNGATE совместим:

            — с любым телефонным коммутатором с интерфейсом V5.2 или CAS;

            — любым оборудованием доступа, работающим через кабельное ТВ, xDSL или через радиоканал;

            — любой технологией доступа — АТМ, IP и TDM.

           VoNGATE — модульная и масштабируемая система, которая поддерживает до 16 плат в стандартном 19Ф шасси. Включает четыре типа плат: модули центрального процессора (VNG-CPM 1), 8-портовые модули Е1 (VNG-ОЕМ 1), АТМ-модули (VNG-AIM 1) и модули ЭБРЛР (VNG-DIM 1). Являясь гибким, VoNGATE может быть сконфигурирован практически с любым сочетанием этих модулей. Поддерживает резервирование модулей центрального процессора и встроенных источников питания. Каждый шлюз может обслуживать до 20000 абонентов, используя интерфейс Ч5.2.

            Система управления сетью Lucent предлагает свои системы управления Navis™ Core и Navis™ Access, которые обеспечивают сквозное управление сетью и услугами.

5.4.8. АТМ-коммутаторы других фирм-производителей

            Для описания и сравнения АТМ-коммутаторов других фирм-производителей воспользуемся результатами тестирования компании The Tolly Group. Данная компания тестировала функции и определяла производительность коммутаторов производства 3Com, Cisco Systems, Digital Equipment, Fоrе Systems, Hitachi Соmputer Products, IBM, Madge Networks, Olicom и Xylan. Результаты тестирования описаны в [29] и отображены в табл. 5.12.

В заключении отметим следующее:

            1. Анализ современных телекоммуникационных технологий показывает, что технология АТМ в настоящее время общепризнана в качестве технологии будущего. Ведущими фирмами мира проводятся интенсивные исследования разработки, коммутационное оборудование на технологии АТМ стало поступать на мировой рынок. В то же время системно-техническое проектирование и совершенствование коммутационного оборудования АТМ, в том числе разработка математических методов его анализа и синтеза, остаются актуальными задачами.

            2. Быстрая коммутация пакетов (БКП) достаточно давно рассматривалась как потенциальная альтернатива коммутации каналов. Идея БКП состоит в комплексе системно-алгоритмических решений, снижающих на порядки сложность процедур коммутации и обеспечивающих возможность создания коммутаторов пакетов очень высокой производительности при относительно малых объемах оборудования и схемотехнической сложности. В течение многих лет проводились исследования, направленные на создание коммутационной техники для телекоммуникационных и вычислительных сетей, реализующих идею БКП произвольной или фиксированной длины.

            При ее разработке основное внимание уделялось решению трех проблем:

            — созданию экономичных межсоединительных сетей;

            — разрешению конфликтов;

            — организации очередей (буферизации). При разработке межсоединительных сетей, как показывает анализ, одно время главной целью было уменьшение числа точек коммутации. Это было связано с исторической концепцией развития коммутаторов каналов, в которой существующие тогда технологии накладывали жесткие ограничения на размер коммутационного оборудования при большом количестве абонентов и каналов.

            3. Анализ исследований коммутаторов БКП свидетельствует, что они начались с межсоединительных сетей с числом точек коммутации порядка NlogN. Хотя количество точек коммутации при этом было сведено к минимуму, статистические колебания трафика и внутренние блокировки приводили к перегрузке, а буфера, распределенные среди различных точек коммутации, хотя и давали потенциальную возможность создания коммутаторов АТМ, но требовали реализации достаточно сложных схем для уменьшения потерь пакетов.

Наиболее важным достижением на первом этапе реализации технологии АТМ стал коммутатор Starlite с архитектурой Бэтчер — Баньян.

            Однако прогресс в области создания СВИС и внедрение RAM-технологии в компьютерной индустрии позволили создать новый тип полностью связанной межсоединительной сети на концепции совместно используемой памяти. Считается, что последняя будет играть доминирующую роль в коммутаторах АТМ гигабитной производительности.

            4. Для коммутаторов АТМ одной из проблем является разрешение конфликтов. В широком смысле она характерна для локальных вычислительных сетей, систем множественного доступа типа ALOHA и систем с временным уплотнением. В коммутаторах АТМ разрешение конфликтов обычно осуществляется случайным выбором «победителей» с помощью сортирующей схемы в архитектурах Бэтчер — Баньян или преднамеренным ограничением числа «победителей» в коммутаторах типа «нокаут», а также введением приоритетов.

            Технология АТМ характеризуется также тем, что множество ячеек могут врыть предназначены на один и тот же выход и появляется необходимость их буферизации. Проведенный анализ показывает, что в ранних разработках коммутаторов АТМ организации очередей уделялось мало внимания, но в последнее время отношение к этому аспекту в корне изменилось. Поэтому разработка методов расчетов и проведение численных исследований вероятностно-временных характеристик функционирования коммутаторов АТМ является в настоящее время актуальной задачей.

            5. Анализ коммутационного оборудования АТМ, которое поставляется на рынок, показывает, что большинство разработанных коммутаторов пока предназначено для высокоскоростной передачи данных и эмуляции цифровых трактов E1 или Е3 в интересах цифровых учрежденческо-производственных автоматических телефонных станций (уровни адаптации 1-го, 3/4-го и 5-го типов). Большинство Фирм-производителей считает, что коммутаторы АТМ займут достойное место в сетевой инфраструктуре XXI , если будут иметь низкую стоимость, которой можно добиться при высокой физической плотности монтажа и достижении компактности. При постоянно растущих требованиях к канальной емкости или интенсивности трафика коммутаторы АТМ должны иметь наращиваемую архитектуру и высокую производительность при низких и стабильных значениях времени задержки. Основными путями решения этих задач считается сочетание концепций иерархического мультиплексирования, совместно используемой памяти и наращиваемой архитектуры коммутатора, которая может послужить основой создания , уже терабитных образцов при использовании зарубежных СБИС и RAM.

            6. На Российском рынке АТМ конкурируют Alcatel, Cisco, Lucent, Marconi, Nortel.

Концерн Alcatel приобрел канадскую фирму Newbridge. Таким образом, лидерство Alcatel на российском рынке оборудования для телефонии, систем передачи и широкополосного доступа в сеть Интернет и ведущие позиции Newbridge в области АТМ и управления сетями позволили занять сильные позиции по всем направлениям на российском рынке телекоммуникаций.

            Cisco считается бесспорным лидером в области средств межсетевого взаимодействия и оборудования передачи данных по протоколу IP, но в то же время имеет слабые позиции на рынке телефонных систем.

            Lucent Technologies сильна в телефонии. Свои пробелы в цепи оборудования для передачи данных Lucent заполняет путем приобретения других компаний, например компании Ascend Communications.

            Marconi занимает прочную позицию на российском рынке АТМ. Холдинг Marconi объединил в единую компанию свои дочерние фирмы: Marconi Communications и Fore Systems.

            Nortel имеет сильные позиции в сегменте рынка телефонии, АТМ-коммутаторов и слабые позиции на рынке маршрутизирующего оборудования, которые были укреплены слиянием с Вау Networks.