Быстрая коммутация пакетов

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Быстрая коммутация пакетов (БКП) (англ. FPS - Fast Packet Switching) — упрощённая коммутация пакетов по виртуальным соединениям при использовании цифровых трактов передачи с малым уровнем двоичных ошибок, меньшим, чем у «шумящих» аналоговых телефонных каналов с параметрами 1 ошибочный бит на 1000—100000 переданных бит[1][2]. БКП лежит в основе ряда современных цифровых широкополосных пакетных систем.

Упрощения состоят в следующем:

  • для обмена пакетированными данными не в реальном масштабе времени, требующих доставки отправленной информации без ошибок, функции обнаружения и исправления двоичных ошибок за счёт повторной передачи (англ. ARQ - Automatic Repeat reQuest) вынесены за пределы сети на оконечные точки приёма и передачи[3];
  • для интерактивных служб, например, речи и видео, имеющих некоторую избыточность, пакеты с ошибками повторно не передаются ни на одном уровне ЭМВОС, а просто отбрасываются[4]. Возможно также отбрасывание пакетов без ошибок, но с чрезмерной задержкой следования через сеть связи[4][5].

В результате указанных упрощений продвижение пакетов через сеть стало возможным реализовать аппаратным образом, с помощью двоичной схемотехники. Это позволяет достигать высоких скоростей передачи и коммутации на сети с БКП. Установление самих виртуальных соединений выполняется обычным образом, то есть, с применением процессорного ресурса.

История

  • В 1979 году П. Кермани и Л. Клейнрок опубликовали работу[6], в которой предложили и путём математического моделирования исследовали новый в то время способ коммутации пакетов (англ. Virtual Cut-Through), где пакет передавался далее по сети сразу после получения его заголовка. Таким образом, при небольшой загрузке сети такой способ по значениям задержки передачи приближался к коммутации каналов, а при высокой — к обычной коммутации пакетов, поскольку при занятости исходящего канала пакет приходилось принимать полностью и ставить в очередь в буфер. Предложенная техника коммутации предусматривала восстановление пакетов с выявленными ошибками за счёт повторной передачи. Инициировать её должен был узел сети (например, оконечный на приёме) с соответствующими функциями, и не работающий при этом в режиме Cut-Through, то есть, он должен был принимать пакеты целиком.
  • Одной из первых разработок в области БКП была система Джонатана Тёрнера[7], защищённая рядом патентов США. В 1977—1983 годах Тёрнер работал в Лабораториях Белла, штат Иллинойс, и в 1981—1983 годах был главным разработчиком системы БКП переменной длины для совместной передачи речи и данных[4]. В этой системе основной режим работы был ориентирован на передачу пакетов по виртуальным соединениям. Максимальная длина пакета могла составить 144 октета (144x8=1152 бита). При необходимости была предусмотрена и поддержка дейтаграммного режима работы. Коммутаторы предполагалось подключать к системам передачи T1 (1,544 Мбит/с). Система БКП была подробно разработана: так, двоичное самомаршрутизирующее многоярусное коммутационное поле (КП, англ. SF - Switch Fabric) имело 10 ярусов, 1024 порта и состояло приблизительно из 1.300 СБИС. Через КП пакеты передавались со скоростью 12 Мбит/с, то есть, в 8 раз быстрее, чем через внешние системы T1. Таким образом, по расчётам Тёрнера, при загрузке систем T1 на 85 %, загрузка КП составляет менее 11 %, а при использовании второй параллельной плоскости КП — менее 6 %. Учёт задержки при передаче речевых пакетов осуществлялся с помощью временной метки (англ. Time Stamp), содержащейся в каждом пакете [5]. При этом, если задержка превышала допустимое значение, то пакет, даже не имеющий двоичных ошибок, отбрасывался.
  • Коммутационное поле системы Дж. Тёрнера
    Коммутационное поле системы Дж. Тёрнера
  • КЭ для коммутац. поля Тёрнера
    КЭ для коммутац. поля Тёрнера
  • Во второй половине 1980-х годов в разработках принимали участие телекоммуникационные фирмы ряда стран мира, помимо США, — французские, японские и др., при этом фокус переместился на системы с постоянной (фиксированной) длиной пакетов.

Применения

На принципах БКП построены следующие практические системы:

В 2009 году эти Форумы объединены в единый Широкополосный форум (англ. Broadband Forum)[8].

Примечания

  1. ↑ Ю. Блэк, Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы, 1990, с. 52.
  2. ↑ Для передачи пакетов через такие каналы используется рекомендация X.25 Международного союза электросвязи
  3. ↑ A. Pattavina, "Switching Theory: Architecture and Performance in Broadband ATM Networks", 1998, с. 13.
  4. ↑ 1 2 3 J. S. Turner, "Design of an Integrated Services Packet Network", JSAC-4, №8, 1986, с. 1379—1380.
  5. ↑ 1 2 W. A. Montgomery, Techniques for Packet Voice Synchronization, JSAC-1, №6, 1983, с. 1022—1028.
  6. ↑ P. Kermani and L. Kleinrock, "Virtual Cut-Through", Computer Networks, 1979.
  7. ↑ Ю. Блэк, Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы, 1990, с. 331—332.
  8. ↑ 1 2 3 4 Широкополосный форум, История Архивная копия от 23 февраля 2016 на Wayback Machine

Ссылки

См. также

Литература

  • Parviz Kermani and Leonard Kleinrock. Virtual Cut-Through: A New Computer Communication Switching Technique (англ.) // Computer Networks : журнал. — North-Holland Publishing Company, 1979. — Vol. 3. — P. 267—286. — ISSN 1389-1286.
  • Warren A. Montgomery. Techniques for Packet Voice Synchronization (англ.) // IEEE Journal on Selected Areas in Communications : журнал. — IEEE Communications Society, 1983. — Vol. SAC-1, no. 6 (December). — P. 1022—1028. — ISSN 0733-8716.
  • J. S. Turner. Design of an Integrated Services Packet Network (англ.) // IEEE Journal on Selected Areas in Communications : журнал. — IEEE Communications Society, 1986. — Vol. SAC-4, no. 8 (November). — P. 1373—1380. — ISSN 0733-8716.
  • J. S. Turner, U.S. Patent 4.484.326, «Packet load monitoring by trunk controllers», Nov. 20, 1984.
  • J. S. Turner, U.S. Patent 4.486.877, «Packet switching loop-around network and facilities testing», Dec. 4, 1984.
  • J. S. Turner, U.S. Patent 4.488.288, «End-to-end information memory arrangement in a line controller», Dec. 11, 1984.
  • J. S. Turner, U.S. Patent 4.488.289, «Interface facility for a packet switching system», Dec. 11, 1984.
  • J. S. Turner, U.S. Patent 4.490.817, «Packet error rate measurements by distributed controllers», Dec. 25, 1984.
  • J. S. Turner, U.S. Patent 4.491.945, «Fast packet switch», Jan. 1, 1985.
  • J. S. Turner, U.S. Patent 4.494.230, «Fast packet switching system», Jan. 15, 1985.
  • Ю. Блэк. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы = Uyless Black, COMPUTERS NETWORKS: Protocols, Standards, and Interfaces / пер. с англ. под ред. к.т.н. В. В. Василькова. — М.: "Мир", 1990. — 506 с. — 25,000 экз. — ISBN 5-03-001367-9 (русск.); 0-13-166091-8 (англ.).
  • Achille Pattavina. Switching Theory: Architecture and Performance in Broadband ATM Networks. — John Wiley & Sons Ltd, 1998. — ISBN 0-471-96338-0 (Hardback); 0-470-84191-5 (Electronic).