Komutavimas: principai ir įranga (referatas)
Komutavimo principai ir įranga
1. KOMUTAVIMO PRINCIPAI
Čia aprašysime pačias svarbiausias signalų komutavimo naudojamas formas, kartu su tų principų taikymus iliustruojančiais pavyzdžiais. Tie principai yra:
• grandinių komutavimas;
• pranešimų komutavimas;
• paketų komutavimas;
• spartus paketų komutavimas;
• vietinis komutavimas.
1. 1. Grandinių komutavimas
Kai yra komutuojamos grandinės, skambinantysis paprastai sujungiamas su vienu pageidaujamu abonentu, nors išskirtiniais atvejais tokių abonentų gali būti daugiau. Sujungtoji grandinė gali būti vienkryptė, nors komutuojant grandinę dažniausiai yra užtikrinamas dvikryptis ryšys. Taigi, sukomutavus grandinę atsiranda dvikrypčio ryšio jungtis. TTai reiškia, kad jos įvestyje pateikta informacija beveik akimirksniu ir išreikšta tokia pat forma atsiduria išvestyje.
Šituo komutuojamosios grandinės labiausia skiriasi nuo tų komutavimo rūšių, kurios bus aprašomos vėliau: pastarosiose tarp įvesties ir išvesties nėra nei vienalaikiškumo, nei ekvivalentiškumo. Savo savybių dėka grandinių komutavimas gerai tinka pokalbiams, todėl nieko nelaukto, kad jų pagrindinis taikymas yra telefonija. Komutuojamosios grandinės taip pat tinka rašytiniams pokalbiams; jos, pavyzdžiui, naudojamos viešosiose telekso paslaugose.
1. 2. Pranešimų komutavimas
Komutuojant pranešimus norima pasiųsti informacija kkaupiama buferiuose. Pačiame pranešime yra informacija apie tai, kur jį reikia nusiųsti; vienas pranešimas gali būti pasiųstas daugiau nei vienu adresu. Pranešimų komutatorius neperduoda pranešimo tol, kol jo nepasiekia informacija apie maršrutizavimą. Taigi šiuo atveju tarp to momento, kai komutatorius ggauna pranešimą, ir to, kai jis jį pasiunčia toliau, egzistuoja tam tikras vėlinimas. Be to, pranešimą gali tekti dar užlaikyti, jei yra užimtos linijos.
Tranzitinio vėlinimo trukmės priklauso nuo tinklo pralaidos ir su ja susijusios tikimybės, kad linijos bus užimtos. Nors pakankamai išsišakojusiuose tinkluose vėlinimo trukmės gali būti tiek mažos, kad pranešimų komutavimas tiktų dvikrypčiam pokalbiui, tačiau tai beveik niekuomet nėra daroma, nes pranešimų komutatoriaus privalumai yra būtent ten, kur jų neturi grandinių komutatoriai. Minėtieji privalumai kyla dėl čia naudojamos įsiminimo ir persiuntimo technologijos, galinčios įvairiai užlaikyti įvesties ir išvesties signalus bei naudoti įvairius duomenų srautų vertimo būdus.
Galima versti:
• laiką;
• pristatymo tvarką;
• bitų dažnį;
• srauto spartą;
• kodą;
• protokolą;
• žinutės formatą;
• žinutės sandarą.
Kalbėdami apie laiko vertimą, tturime galvoje tai, kad pranešimas gali būti persiųstas norimu metu, nesusijusiu su jo pateikimo momentu. Siuntėjui tatai duoda privalumą niekuomet nesusidurti su užimta linija.
Taip pat galima leisti gavėjui nustatyti, kai jis pageidauja, gauti pranešimą. Dažniausiai tai atliekama naudojant automatizuotas pranešimų perdavimo sistemas (CBMS – Computer Based Messaging Systems), kuriose duomenys pasiimami iš pašto dėžutės tada, kai to nori gavėjas. CCITT šios sistemos apibūdinamos MHS (Message Handling Systems – pranešimų apdorojimo sistemos) terminu. Be pranešimų komutavimo, šios sistemos padeda kkurti ir pildyti pačius pranešimus.
Pranešimai perduodami, kai tik sistema aptinka laisvą liniją. Jeigu pralaida yra mažesnė nei reikia piko valandomis, brangios stotis jungiančios linijos gali būti labai perkrautos. Sistemai leidus piko valandomis gautus pranešimus perduoti vėlesniu metu, jokių problemų nesudaro netgi apkrova tris kartus viršijanti linijos pralaidą, arba 3 Erlangai. Tokia procedūra yra priimtina daugeliu atvejų.
Jeigu tatai nėra priimtina, galima pasinaudoti pristatymo tvarkos vertimu. Tam tikroms pranešimų rūšims suteikiamas aukštesnis prioritetas ir jie yra pristatomi pirmiausia. Gana įprasta, kad pranešimų komutavime yra naudojama nuo trijų iki aštuonių skirtingų prioriteto lygmenų.
Nėra jokio reikalo visose pranešimų komutatorius jungiančiose linijose naudoti tokį pat bitų dažnį. Stotis jungiančioje magistralėje pigiau naudoti vieną didelės spartos jungtį nei daug žemesnės spartos jungčių; šiuo atveju tenka pasinaudoti bitų dažnio vertimu.
Kai kurie terminalai gali priimti tam tikro bitų dažnio signalus, bet negali to daryti be galo. Dėl to yra reikalingas srautų spartos valdymas. Pranešimų komutatoriai gali tai atlikti padedami srautų dažnio vertimo funkcijos.
Kodo vertimas pasidarė būtinas, nes duomenų perdavime ir telekomunikacijose yra naudojama daug įvairių kodų (IBM, ASCII, CCITT ITA-2, CCITT IA-5, CCITT group 3 fax ir t.t.). Protokolų standartizavimas yra toli nuo idealaus, todėl ir reikia protokolų vvertimo.
Standartų trūksta ir tuomet, kai sudaromi maršrutizavimui skirti pranešimų duomenys, todėl reikia pasitelkti pranešimų formato vertimą.
Galiausiai kartais pageidautina pakeisti ir patį pranešimų turinį, pavyzdžiui, surenkant svarbiausius kelių atkeliavusių pranešimų aspektus į vieną toliau siunčiamą pranešimą. Meteorologų tinkluose tatai vadinama biuletenio kompiliavimu; jį leidžia atlikti komutatoriaus pranešimų turinio vertimo funkcija.
1. 3. Paketų komutavimas
Kaip ir pranešimų komutavime, paketų komutavime naudojama įsiminimo ir persiuntimo technologija. Pranešimų komutatorius gali sudalinti žinutes į atskirus gabalus (vadinamuosius blokus), siekdamas efektyviau išnaudoti savo atmintį, bet pranešimas vis tiek lieka viena visuma ir bet kokia operacija atliekama naudojant ją visą. Prioritetų suteikimas pranešimams gali būti šito pavyzdys. Paketų komutatoriai operuoja paketais – vienetais, apibūdinamais fiksuotu, arba ribotu, ilgiu, kurie normaliu atveju būna trumpesni negu komutuojamos žinutės. ISO nenaudoja CCITT priimto „paketo“ termino; vietoj jo ji siūlo bendresnį NPDU (Network Protocol Data Unit – tinklo protokolo duomenų vienetas) terminą, naudojamą ir terpėse, kurios nėra apimamos CCITT standartų. Paketų komutatorių yra įvairiausių, iš jų į pranešimų komutatorių panašiausia yra „datagram“ versija. Srautas yra vienkryptis ir jokios užuominos apie sujungimą. Šis paketų komutavimo tipas todėl yra vadinamas bejungčiu (connectionless).
Šiuo požiūriu jis skiriasi nuo sujungiminio (connection oriented) paketų komutavimo, kuriam savojoje rekomendacijoje X.25 CCCITT apibrėžė vartotojo sąsają (DTE-DCE) ir kuris labiau primena grandinių komutavimą. Laikantis X.25 yra sudaromi sujungimai (virtualūs skambučiai – virtual calls), kurie tam tikrą laiką naudojami dvikrypčiam apsikeitimui duomenimis, o po to vėl nutraukiami. Šiuo atveju pasireiškia didžiausias komutuojamųjų grandinių ryšio trūkumas, – kai aptinkama, kad numeris, su kuriuo norima susijungti, yra užimtas; neįmanoma įdiegti ir daugumą pranešimų komutavime naudojamų vertimo procedūrų. Iš pastarųjų lieka tik bitų dažnio vertimas. Šios rūšies paketų komutavime pabandyta kiek įmanoma sumažinti vėlinimą. To rezultatas – skirtumai tarp jo ir grandinių komutavimo yra labai nedideli. Vien bitų dažnio vertimas suteikia tą privalumą, kad daug ribotos spartos (110-9600 b/s) terminalų vienu metu gali jungtis su kompiuteriu, sugebančiu viena fizine linija aptarnauti daug virtualių linijų.
1. 4. Spartus paketų komutavimas
Spartus paketų komutavimas buvo specialiai kuriamas ateities plačiajuosčiams tinklams. Tai yra sujungimų idėja, pagrįsta paketų komutavimo forma, kuri vartotojo požiūriu labai panaši į sujungiminius paketų komutatorius. Svarbus skirtumas yra tas, kad tinklo magistralėse bitų spartos yra per didelės norint taisyti klaidas jungties lygmenyje. Be to, buvo pasistengta tokio tipo tinkluose kiek įmanoma sutrumpinti vėlinimus, nes tai buvo svarbus potencialių vartotojų reikalavimas. Pakartotinis perdavimas sukelia papildomą vėlinimą, todėl vartotojai, kuriems tam tikras vėlinimas yra priimtinas ir laiko
klaidų taisymą svarbiu, po perdavimo gali pasitelkti klaidų koregavimo protokolą. Kitas supaprastinimo būdas yra toks, kai naudojami tik fiksuoto ilgio paketai, vadinami ląstelėmis (cells). Tam tikros komplikacijos atsirado dėl to, kad spartus paketų komutavimas buvo kuriamas ne tik įprastiniams ryšio srautams, bet ir plačiajuosčių srautų paskirstymui, ypač skaitmeninių televizijos signalų transliavimui ateityje. Šios rūšies srautų negalima perduoti pakartotinai. Eksperimentinė spartaus paketų komutavimo versija buvo išbandyta Europoje 1996 m. Spartus komutuojamųjų paketų tinklas vadinamas B-ISDN (broadband – plačiajuostis ISDN).
1. 5. VVietinis komutavimas
Terminas „vietinis komutavimas“ čia vartojamas norint apibūdinti principą, kuris vartojamas perduodant duomenis vietiniame skaitmeniniame tinkle (LAN – Local Area Network). Dažniausiai LAN yra naudojama tiesiška medžio topologija, nors kai kuriuose LAN rasime žiedo arba žvaigždės topologijas. Kiekviename tokio tinklo kreipties taške įeinančių ir išeinančių linijų skaičius griežtai ribojamas; paprastai čia jungiamas tik vienas terminalas. LAN perdavimo terpė pasižymi pakankamai dideliu bitų dažniu, todėl duomenų perdavimas vyksta bendra terpe, o kanalų tarpusavio sąveikos rizika yra minimali. Todėl, skirtingai nnuo anksčiau aptartų komutavimo principų, čia keletas duomenų perdavimo seansų nevyksta vienu metu. Taigi šiuo atveju reikalingas toks protokolas, kuris neleistų iškraipyti, jei, nepaisant nieko, du vartotojai vis tik pabandytų naudoti bendrąją terpę tuo pat metu.
Šiai problemai spręsti bbuvo surasta keletas būdų; kai kurie jų tapo standartais. LAN turime reikalo su duomenimis, kurie gali būti priimami bet kuriame iš tinklo mazgų (transliavimas), o apie tai, ar informacija skirta prie jų prijungtam terminalui, ar ne, sprendžia patys priimantieji mazgai. Nemažai protokolų numato susidūrimo, įvykstančio grandinėn pasiunčiant savo duomenis, riziką. Aptikus tokį susidūrimą (CD – Collision Detection), siuntimas yra pakartojamas. Šis principas naudojamas gerai žinomame Ethernet protokole – standartinio IEEE 802.3 protokolo pirmtake. Tokia sistema gerai veikia tol, kol susidūrimų rizika nėra didelė; kai tinklo apkrova didelė, geriau iš anksto pasistengti susidūrimų išvengti. Taigi kreiptis turi būti taip sutvarkyta, kad kiekvienu laiko momentu savo duomenis perduotų tik vienas terminalas. Tam yra naudojami markeriai (token). Tas, kas gauna markerį, gali siųsti, oo visi kiti – ne. Po to, kai perduotas iš anksto nustatytas maksimalus duomenų kiekis, markeris perduodamas kitam mazgui.
Svarbiausieji šiuo principu besiremiantys standartai yra markerių šyna – token bus (IEEE 802.4 tiesiška medžio topologija) ir markerių žiedas – token ring (IEEE 802.5 žiedinė topologija). Atitinkami ISO standartai turi numerius 8802/4 ir 8802/5.
1 lentelė. Komutavimo principų palyginimas.
Gana diskutuotina, ar LAN atveju išvis galima šnekėti apie „komutavimą“, ar ne. Jeigu pažvelgsime į daugelio LAN turimas galimybes, tai jie yyra palyginami su komutatoriais – jie leidžia perduoti duomenis vienam ar daugiau pasirinktų tinklo terminalų. Būtent todėl šiame straipsnyje mes traktuojame LAN kaip komutatorių.
1. 6. Komutavimo principų apibendrinimas
Aprašytieji komutavimo principai apibendrinti 1 lentelėje.
2. KOMUTAVIMO ĮRANGA
Komutavimo įrangą sudaro ne tik būtinus sujungimus užtikrinantys komponentai, bet ir tų komponentų valdymo įranga. Speciali įranga reikalinga ir su reikalingais sujungimais susijusių signalizavimo instrukcijų apdorojimui. Maža to, komutatoriaus valdymui reikalingi atskiri terminalai, galintys priimti informaciją apie tai, kaip sistema veikia, ir perduodantys įrangai būtinas komandas, – pavyzdžiui, apie tai, jog pasikeitė maršrutai. Likusioji 2 skyriaus dalis skiriama komutavimo funkcijas atliekančių komponentų aptarimui. Sistemos valdymo įranga nagrinėjama 3 skyriuje.
2. 1. Grandinių komutatoriai
Anksčiau pažymėjome, kad komutuojamoji grandinė yra fizinis dviejų arba daugiau terminalų fizinis sujungimas. Komutuojamųjų grandinių tinklams, pavyzdžiui, telefono tinklui, paprastai reikia bet kurį terminalą sujungti su bet kuriuo kitu terminalu. Vėliau aptarsime, kokios tam naudojamos techninės priemonės.
1 pav. Komutatoriaus matrica su visais kryžminiais taškais.
Supratus, ką reiškia tokio reikalavimo realizavimas tinkle su keliais milijonais terminalų, matyti, kad paprastas 1 pav. pavaizduotas sprendimas pareikalaus astronominio sujungimo taškų (kryžminių taškų – crosspoints) skaičiaus. Vienam abonentui (terminalui) tenkančių kryžminių taškų skaičius bus lygus bendram tinklo abonentų skaičiui. Todėl bendras kkryžminių taškų skaičius bus lygus abonentų skaičiaus kvadratui. Toks tinklas išties leis kiekvienam abonentui vienu metu skambinti kiekvienam norimam abonentui, bet tai visiškai nėra būtina ir galima ieškoti paprastesnių sprendimų.
2 pav. Kryžminių taškų skaičiaus sumažinimas ribojant jungčių skaičių.
2 pav. parodyta, kaip, įvedus ribotą jungčių skaičių, lygų vienu metu reikalingų sujungimų tarp dviejų komutavimo pakopų skaičiui, galima sumažinti būtiną kryžminių taškų skaičių. Didesnėse telefono stotyse yra kelios komutavimo pakopos, kuriose daugelio įvesčių siunčiami srautai koncentruojami ir sumaišomi, šitaip leidžiant iš kiekvienos įvesties pasiekti kiekvieną išvestį.
Didžiausią dalį šiandieninių telefono tinkluose naudojamų stočių vis dar sudaro aprašytieji erdvinį sutankinimą naudojantys komutatoriai. Kryžminiuose taškuose naudojami elektromechaniniai selektoriai (crossbar) ar magnetiniai jungikliai (reed-relays). Bet elektroniniai komponentai, kurių perjungimo sparta yra žymiai didesnė, šiandien jau taikomi vis plačiau ir siūlomos galimybės, kurių neįmanoma realizuoti naudojant elektromechaninius komponentus.
3 pav. Įvesties imtys, kurios yra perduodamos į reikalingą išvestį pradedant laiko momentais t2 ir t5.
Šios galimybės išnaudojamos, pavyzdžiui, laikinio sutankinimo komutatoriuose, kurie į pageidaujamą išvestį periodiškai perduoda įvesties imtį (sample) (žr. 3 pav.). Ši imtis gali vaizduoti amplitudę tam tikros trukmės ir įtampos impulsu PAM (Pulse Amplitude Modulation – impulsinis amplitudinis moduliavimas) arba bitų seka PCM (Pulse Code Modulation – impulsinis kodinis moduliavimas). TTokiu būdu kiekvienas kryžminis taškas skirtingais laiko momentais gali būti panaudotas daugiau negu viename sujungime, o dėl to vėl sumažėja kryžminių sujungimų skaičius (žr. 4 pav.). Norint realizuoti šį techninį sprendimą, kiekvienos linijos įvestyje ir išvestyje reikia įrengti papildomą aparatūrą. PCM atveju imties pavertimui skaitmeniniu kodu įvesties pusėje reikalingas kodekas (codec). Skaitmeniniuose laikinio sutankinimo komutatoriuose naudojamas kiek skirtingas principas.
4 pav. Laikinio komutavimo principas.
Išvesties pusėje yra reikalingas elektroninis grandynas, verčiantis per komutatorių ateinančius impulsus atgal į analoginį signalą. Laikinį sutankinimą naudojančiose stotyse taip pat yra keletas komutavimo pakopų. Dažnai ne visos šios pakopos naudoja laikinį sutankinimą; dalyje jų lieka erdvinis sutankinimas.
2. 2. Žinučių komutatoriai
Šiuose komutatoriuose priimtos iš įvairių linijų žinutės saugomos atmintyje. Šeštajame dešimtmetyje atminties terpė buvo perfojuosta. CCITT ITA 2 telegrafo kode buvo naudojamos penkiose galimose juostos pozicijose išmuštos skylės (žr. 5 pav.). Mažosios skylutės buvo vartojamos vien popieriaus juostos judinimui.
5 pav. Perforuota popieriaus juosta.
Pačiose elementariausiose stotyse gautoji perfojuosta buvo paimama perfojuostos nuskaitymo operatorių ir pasiunčiama toliau. Ši žinučių komutavimo stoties rūšis buvo vadinama suplėšytos juostos centru (torn tape centre).
Europai teko pagrindinis vaidmuo modernizuojant šias stotis. Siemens pakeitė popieriaus juostą magnetine juosta; Philips ne tik
įvedė magnetinę juostą, bet ir magnetinius diskus tuoj po to, kai jie buvo sukurti Eindhoveno tyrimų laboratorijose. Dingo būtinumas nešioti juostas komutuojant įvesties ir išvesties atmintis.
Pradžioje operatoriai turėjo perskaityti žinutės antraštėje maršrutizavimo instrukcijas ir nuorodas dėl prioriteto ir įvesti jas į komutavimo sistemą. Tolesnis automatizavimas pasidarė įmanomas tiktai tuomet, kai žinučių rengėjai visas šias instrukcijas ėmė pateikti standartiniame žinutės formate. Tuo metu buvo laikoma savaime suprantamu dalyku leistini nedideli nukrypimai nuo nurodyto užrašymo būdo. Taigi, pavyzdžiui, niekas neprieštaraudavo, jjeigu vietoj vieno tarpo būdavo naudojami keli. Apdorojant žinutes rankiniu būdu, tai nesudarydavo jokių problemų; tų laikų automatai tokius nukrypimus irgi priimdavo. Šiuo požiūriu kai kurios modernios sistemos turi rimtų trūkumų.
6 pav. Paprastos kompiuterinės pranešimų komutavimo stoties schema.
Šiuolaikinės žinučių stotys remiasi vienu arba daugeliu kompiuterių. 6 pav. parodyta kompiuterinė žinučių komutavimo sistema, kurioje galime atpažinti posistemes, skirtas ateinančių ir išeinančių grandinių tvarkymui. Daugeliu atvejų posistemėse yra keletas kompiuterių, tvarkančių vadinamuosius žemesniuosius protokolo lygmenis. Tarp jų tenka vieta klaidų aapdorojimui. Žinučių apdorojimas, įskaitant maršrutizavimą ir patalpinimą į atitinkamą eilę, paprastai atliekamas atskirame centriniame procesoriuje (CPU – Central Processing Unit). Tranzitinių žinučių saugojimui yra naudojama bendra atmintis, paprastai elektroninė atsitiktinės kreipties atmintinė (RAM – Random Acces Memory).
Pasiųstosios žinutės ddažnai keletą savaičių ar mėnesių saugomos magnetinėje juostoje ar diske. Kai kuriais atvejais to reikalauja įstatymas. Pavyzdžiui, Olandijos civilinės aviacijos tarnyba (Rijksluchtvaartdienst) savo tinkluose šią taisyklę įvedė dėl to, kad vėliau būtų galima tirti įvairius incidentus sukėlusias priežastis.
Priėmusi siuntėjo pasiųstą žinutę žinučių komutavimo stotis prisiima atsakomybę už jos tolesnį persiuntimą. Toks yra pagrindinis skirtumas nuo komutuojamųjų grandinių sistemų, kuriose atsakomybė už pasitikrinimą, ar atkeliavo teisingi duomenys, tenka siuntėjui.
Vartotojas turi pasitikėti, kad žinučių komutatorius apdoros jo pasiųstą informaciją teisingai ir jos nepraras. Dėl to žinučių komutavimo sistemose imamasi specialių veiksmų, neleidžiančių prarasti informacijos ir užtikrinti perdavimo užbaigimą.
7 pav. Dubliuotos pranešimų komutavimo stoties veikimo principas.
Didesniosios stotys paprastai yra visiškai dubliuotos (žr. 7 pav.). Kai kuriais atvejais aatkeliaujantysis srautas yra priimamas abiejose sistemos pusėse, tačiau už normalų persiuntimą lieka atsakinga tik viena sistemos pusė. Jeigu tik ši pusė nesugeba susidoroti su užduotimi, perdavimo imasi antroji pusė. Siekiant sužinoti, kurias žinutes reikia perimti, prijungtoji (online) sistemos dalis visą laiką informuoja atjungtąją (offline) dalį apie žinučių apdorojimo statusą. Reikia dubliuoti ir periferinę įrangą, tokią kaip diskasukius ar magnetinės juostos kaupiklius.
2. 3. Paketų komutatoriai
Kalbant apie aparatūrinę dalį, paketų komutatoriai labai panašūs į žinučių komutatorius. Tačiau sujungiminiuose paketų kkomutatoriuose įranga neprisiima atsakomybės už perdavimą; siuntėjas pasilieka galimybę patikrinti, ar dialogas su pašnekovu nebuvo nutrauktas per anksti. Normaliu atveju nėra reikalaujama saugoti atkeliavusių srautų; atsakingas yra siuntėjas, todėl įrangos niekada nebus galima apkaltinti, jeigu informacija nepasieks adresato. Tačiau keliamas papildomas srautų kontrolės reikalavimas. Bet tai atliekama programiniu būdu, todėl turi mažai įtakos aparatūrinei įrangai.
Kitas paketų komutatoriams, ypač naudojamiems viešuosiuose tinkluose, keliamas reikalavimas yra tas, jog jie privalo susidoroti su milžiniškos apimties srautais. Paketų komutatorius naudojantys duomenų perdavimo tinklai ne tik persiunčia žinutes, bet iš kompiuterio į kompiuterį kartais turi perduoti didžiulius failus. Tai sąlygoja aukštus tokių stočių pralaidai keliamus reikalavimus.
Terminalai, nesugebantys dirbti su paketų siuntimo protokolu, prijungiami prie paketų komutatorių per paketų sudarymo ir išardymo bloką (PAD – Packet Assembly/Disassembly), kuris gali būti ir centralizuotas, ir paskirstytas. Tokie blokai iš prijungtųjų terminalų atkeliaujančius duomenis paverčia paketais ir šiuos paketus persiunčia per X.25 liniją į paketų komutatorių.
2. 4. Spartūs paketų komutatoriai
Pradžioje sparčius paketų komutatorius kūrė specialiai plačiajuostėms jungtims, todėl jie buvo orientuoti į sujungimų sudarymą. Labai nedidelėse plačiajuostėse komutavimo sistemose pakanka erdvinio sutankinimo, nes kryžminiai taškai teprivalo praleisti per save bitų srautus; nėra jokio reikalo komutuoti juos sparta, palyginama su bitų dažniu. Tačiau bbūtina vengti tokių sujungimų, kurie trukdytų vieni kitiems. Didesniems plačiajuosčiams komutatoriams problema darosi kvadratiškas ar beveik kvadratiškas kryžminių taškų skaičiaus augimas. Spartūs paketų komutatoriai ir buvo kuriami stengiantis šią problemą išspręsti.
Normalus laikinis sutankinimas, kai 8 bitų imtis (ISDN) perduodama ir nuskaitoma iš atminties, yra praktiškas esant dabartinei elektronikos spartai; kai bitų dažnis yra 64 kb/s ar 2 Mb/s. Bet reikalas visai kitoks, kai reikia tvarkyti plačiajuostes grandines, kuriose bitų dažnis gali būti 150 Mb/s ar 600 Mb/s. Atminties įrašymo ir nuskaitymo spartos ribotumas verčia nesinaudoti atmintimi per daug dažnai. Todėl reikia vienu metu apdoroti ir komutuoti kaip vieną vienetą didesnius bitų skaičius. Tie vienetai vadinami ląstelėmis (cells) ir jie neturi būti pernelyg trumpi. Kita vertus, siekiant kad neatsirastų per dideli vėlinimai, ląstelės neturi būti ir per ilgos. Dabar yra pasirinktas 48+5 baitų ląstelės ilgis; 48 baitai skiriami perduodamai informacijai, o antraštę sudaro 5 baitai. Duomenų dalies ilgis buvo pasirinktas ieškant kompromiso tarp amerikiečių, siūliusių 32 baitus, ir Europos pasiūlytų 64 baitų.
2. 5. LAN įranga
LAN jungiantysis elementas yra bendra ryšio terpė, pavyzdžiui, koaksinis kabelis, keli vario laidai ar optinė skaidula. Plačiajuosčiuose LAN’uose naudojami modemai, leidžiantys terminalams jungtis vienam su kitu reikalingame nešlio dažnyje. Greta visų būtinų mmodemų visi terminalai dar turi elektroninę kortą, leidžiančią vykdyti LAN kreipties protokolų reikalavimus. Jos taip pat reikalingos tuomet, kai reikia iš viso duomenų srauto atsirinkti duomenis, skirtus konkrečiam terminalui. Visas šias funkcijas vykdo terminale esanti LAN korta. Be to, kartais dar yra naudojami LAN kartotuvai, LAN tilteliai, LAN maršrutizatoriai ir LAN tarptinklinės sąsajos (gateways).
8 pav. Sluoksnių modelyje pavaizduoto maršrutizatoriaus panaudojimo pavyzdys.
LAN kartotuvuose tvarkomasi tik su pačiu žemiausiuoju, fiziniu LAN protokolo sluoksniu (paprastai tai atlieka signalo stiprintuvas), o aukštesnieji sluoksniai praleidžiami skaidriai. To paprastai pakanka tuomet, kai reikia sujungti du LAN’us ir terminalus, gautus iš to paties gamintojo. Pačia sudėtingiausia sujungimo sistema LAN atveju yra tarptinklinė sąsaja. Šiuo atveju reikia aukštesnių už trečiąjį sluoksnių vertimo, ypač tuomet, kai sistema nevisiškai tenkina ISO standartų reikalavimus. Tilteliai yra tarpinė forma, galinti vykdyti transformacijas antrajame lygmenyje, o maršrutizatorius – iki 3 sluoksnio (žr. 8 pav.). Tilteliai ir maršrutizatoriai aukštesnius protokolo sluoksnius taip pat praleidžia skaidriai. Šie protokolai turi remtis tais pačiais standartais ir abiejose pusėse naudoti tas pačias galimybes (options).
3. KOMUTAVIMO ĮRANGOS VALDYMO SISTEMA
Komutavimo sistemos „protas“ sutelktas jos valdymo sistemoje, priimančioje ir interpretuojančioje iš įvairių šaltinių gaunamas komandas. Svarbiais tokių komandų šaltiniais yra sistemos vartotojai (abonentai).
9 pav. Valdymo sistemos įvestys ir išvestys.
Tinkluose dirbantys komutatoriai taip pat gauna daug komandų iš gretimų komutavimo sistemų, pavyzdžiui, prašant toliau sujungti skambutį (komutuojamosios grandinės) arba perduoti informaciją tam tikru adresu (žinučių komutavimas), žr. 9 pav.
Kitas valdymo sistemą pasiekiančių komandų šaltinis – operatoriai, teikiantys paslaugas vartotojams. Vartotojai gali susirišti su šiais operatoriais prašydami tam tikros informacijos arba norėdami būti sujungti su tam tikru skyriumi. Valdymo sistema dar gali gauti komandas iš techninio personalo, norinčio ją testuoti, ar ssistemos administratorių, pageidaujančių pakeisti maršrutizavimo instrukcijas arba surinkti statistinius duomenis.
Daugeliu atvejų valdymo sistemai siunčiamoje komandoje yra užklausa, reikalaujanti sujungti su tam tikru numeriu arba persiųsti informaciją tam tikru adresu. Valdymo sistema nustato, kokias reikia vykdyti funkcijas, ir žingsnis po žingsnio patenkina užklausą. Šios procedūros detalės įvairiose komutavimo sistemose skiriasi. Visais atvejais valdymo sistemai yra būtina žinoti, kurie vartotojai yra prisijungę prie sistemos tiesioginėmis linijomis ir kokios yra šių sujungimų charakteristikos (numeris, terminalo pajėgumas, ribojimai), taip pat tai, kaip ppasiekti netiesiogiai prijungtus adresus. Visam tam gali prireikti gana išsamios duomenų bazės.
Kai yra centrinė valdymo sistema, viso komutatoriaus veikimas pagrįstas visiškai pertekliniais sprendimais, pavyzdžiui, dubliuojant valdymo sistemos aparatūrinę įrangą. Tai reiškia, jog valdymo sistemai reikia sudėtingesnės sandaros, garantuojančios, kkad ji atliks gausias savo funkcijas, dubliuos ir automatiškai atstatys duomenis, jeigu iš rikiuotės išeis viena kuri aparatūros dalis.
Kai valdymo sistema yra labiau paskirstyta, joje turi būti nemažai funkcijų, leidžiančių atpažinti klaidas ir jas ištaisyti.
Svarbiausia valdymo sistemos paskirtis yra kitų komutavimo sistemos dalių instruktavimas, kaip reikia užtikrinti pageidaujamą ryšį. Įvairiuose komutavimo sistemų tipuose šis tikslas pasiekiamas einant įvairiais keliais.
3.1. Komutuojamųjų grandinių valdymo sistema
Komutuojamųjų grandinių sistemos atveju valdymo sistema yra ta dalis, kuri atsako už vartotojų ir operatorių užklausų interpretavimą ir vertimą tinkamais komutatoriaus viduje esančio perjungiklių tinklo valdymui. Šis tinklas užtikrina pageidaujamos jungties telekomunikaciniame tinkle sudarymą. Galima išskirti tris fazes:
• skambučio sujungimo fazė;
• sujungimo fazė;
• skambučio atjungimo fazė.
Sujungimo fazėje visos komutuojamųjų ggrandinių sistemos užtikrina visišką dupleksinį abiejų skambutyje dalyvaujančių šalių sujungimą. Priklausomai nuo komutatoriaus tipo tokie sujungimai gali būti naudojami telekso, duomenų arba balso ryšiui.
10 pav. ISDN sujungimų valdymo funkcijinis modelis.
Sujungimo sudarymo ir nutraukimo protokolai įvairių rūšių tinkluose (telefono, telekso, komutuojamųjų grandinių duomenų perdavimo, ISDN) skiriasi, bet visų charakteristikos yra panašios. Kaip pavyzdį paimsime komutuojamosios grandinės skambučio sujungimą ISDN atveju. Bendrieji ISDN skambučio sujungimo ir atjungimo principai aprašomi CCITT rekomendacijoje Q.71, naudojančioje funkcinį modelį. Šis funkcinis modelis (žr. 10 ppav.) turi dvi funkcines visumas (procedūras): sujungimo valdymo agento (CCA – Call Control Agent) visumą ir sujungimo valdymo (CC – Call Control) visumą.
CCA tiesiogiai užmezga ryšį su vartotojais ir sugeba paversti jų norus standartiniu protokolu, suprantamu visiems tinklo komutatoriams. Kitais žodžiais tariant, CCA atstovauja vartotojus derybose dėl laikinų sujungimų lyg jų agentas.
CC funkcijas rasime visuose tinklo komutatoriuose. CC nustato, keičia ir nutraukia CCA užprašytus sujungimus.
11 pav. ISDN jungties sudarymui reikalingos valdymo informacijos apsikeitimas.
Ir CCA, ir CC funkcijas vykdo daugumos ISDN komutavimo sistemų valdymo sistemos. Tik aukštesniuosiuose tinklo sluoksniuose rasime CC funkcijoms skirtus komutavimo centrus. 11 pav. iliustruojamas ISDN jungties sudarymui reikalingos valdymo informacijos pasikeitimas.
3. 2. Komutuojamųjų pranešimų valdymo sistema
Pranešimų komutatoriui yra būdinga tai, jog jis prisiima iš siuntėjo atsakomybę už pranešimo pristatymą, kai tik jis atkeliauja į komutatorių. Daugeliu atvejų tai reiškia, kad siuntėjui nereikia jaudintis dėl to, kad pranešimą atmes net ir kai jo antraštėje (kurioje yra adresai ir kitos instrukcijos) bus akivaizdžių trūkumų. Paprastai valdymo sistemos programa arba ją aptarnaujantys operatoriai sugeba suprasti, ką antraštę sudarydamas turėjo galvoje siuntėjas. Pranešimų komutatorių valdymo sistemų programos toleruoja nedideles klaidas, pavyzdžiui, papildomus tarpus ten, kur pakaktų vieno tarpo. Tam tikri adresai, pavyzdžiui, LLONDRES (pranc.) vietoj LONDON, gali būti priimami automatiškai. Kai iškyla sudėtingesnės problemos, programa automatiškai kreipiasi į operatorių. Tam tikros gramatinės klaidos gali būti nepriimtinos, nes dėl jų gali pasidaryti neaišku, kas turėta galvoje. Su tokiomis klaidomis pranešimai arba grąžinami siuntėjui, arba operatoriaus pataisomi pasikonsultavus su siuntėju.
Automatizuotosios pranešimų perdavimo sistemos (CBMS – Computer Based Messaging Systems), taip pat naujosios pranešimų apdorojimo sistemos (MHS – Message Handling System) X.400 yra ne tokios tolerantiškos kaip senosios sistemos. Šitas skirtumas galbūt atsirado dėl to, jog daugumas CBMS ir MHS sistemų skirtos ne tokiems svarbiems pranešimams, kaip būdavo anksčiau. Senesniosiose pranešimų komutavimo sistemose, daug naudotose aviacijoje ir kariniuose ryšio tinkluose, klaidos ir papildomas vėlavimas buvo visiškai nepriimtini.
Pranešimų komutatoriaus valdymo sistema analizuoja antraštėje esančią informaciją ir nustato teisingą liniją ar linijas, kuriomis pranešimas turi būti nukreiptas. Ji taip pat privalo aptikti nuorodas dėl prioritetų ir, atsižvelgusi į juos bei siuntimo adresą, užregistruoti pranešimą atitinkamoje eilėje.
Kadangi pranešimų komutavimo atveju nėra sudaromos jokios jungtys, komutavimo tinklui nereikia jokių instrukcijų. Ateinančių pranešimų tvarkymas visiškai atskirtas nuo jų iškeliavimo, todėl, bent jau mažo prioriteto pranešimams, tarp šių dviejų įvykių gali atsirasti dideli laiko tarpai. Minimalią trukmę, kurią pranešimas būna komutatoriuje, sudaro jo priėmimo ir aantraštės perskaitymo trukmė bei pranešimo prijungimo prie iškeliaujančių pranešimų eilės trukmė. Visiškai nebūtina, jog iki pradedant pranešimą siųsti toliau, kad jau būtų atkeliavęs jis visas. Tačiau paprastai išsiuntimas nepradedamas tol, kol nebūna priimtas visas pranešimas, nes gali atsirasti papildomų problemų, jei ryšys įvestyje yra lėtesnis nei išvestyje.
Valdymo sistema atsako dar ir už tai, kad sistema saugo vėlesniam siuntimui vieną ar kelias pranešimo kopijas. Šis saugojimas vadinamas tranzitiniu (in-transit).
3. 3. Komutuojamųjų paketų valdymo sistema
Šiame skyrelyje apsiribosime CCITT X.25 interfeisus turinčiais duomenų paketų komutatoriais. Tarkime, kad šie komutatoriai tinklo viduje naudoja panašius sujungiminius paketų lygio protokolus. (Pastaba: X.25 apsiriboja DTE-DCE sąsaja, todėl ši rekomendacija neapibrėžia tinklo vidaus protokolų.) Valdymo sistema privalo tvarkyti virtualiuosius skambučius (VC – Virtual Calls) bei ilgalaikius virtualiuosius skambučius (PVC – Permanent Virtual Calls). Pradžioje skirsime dėmesį VC. Skambučio sujungimui reikalinga informacija būna atskirame pakete, vadinamame iškvietos paketu, siunčiamame skambinančio abonento. Valdymo sistema analizuoja šią informaciją ir nustato tinkamą išvesties grandinę. Po to iškvietos informacija pasiunčiama kitam centrui, esančiam pakeliui link adresato. Paskutinis šiame kelyje esantis centras įsitikins, kad kviečiamasis terminalas yra neužimtas ir pasiruošęs priimti sujungimą, o po to pasiųs atgal žymę „sujungimas atliktas“ (call connected), kuri reiškia, kad galima sujungti
abu vartotojus (žr. 12 pav.).
12 pav. Apsikeitimas paketais, kuris yra reikalingas sujungiant ir atjungiant virtualiuosius skambučius.
Centrų valdymo sistemos registruoja loginių kanalų, kuriais atkeliauja ir kuriais iškeliauja duomenys, identitetus ir juos vėliau panaudoja perduodant paketus sėkmingai sujungta linija.
Tolesnius paketus siuntėjo terminalas siunčia vadinamojoje duomenų perdavimo fazėje. Šiuose paketuose nėra nei viso paskirties adreso, nei informacijos apie jų kilmę, kurie buvo iškvietos pakete. Juose tėra loginis kanalo numeris, siųstų ir priimtų paketų numeracija ir, žinoma, ta informacijos dalis, kkurią ir norėta persiųsti. Valdymo sistema išanalizuos gautus loginius kanalo numerius ir, pasitikrinusi savo turimose lentelėse, ras, kokį reikia prie paketo prijungti numerį, atitinkantį reikiamą išvesties liniją. Ta pačia linija priešinga kryptimi judantys paketai bus tvarkomi panašiai.
Kai vienas iš abonentų nori baigti pokalbį, jis pasiunčia „atjungimo užklausos“ (clear request) paketą. Tinklas vėl pasiųs kitam abonentui atjungimo žymę. Šio abonento terminalas atsakys siųsdamas „DTE atjungimo patvirtinimą“ (DTE clear confirmation). Galiausiai, pirmasis abonentas sulauks tinklo jam pasiųsto „DCE atjungimo patvirtinimo“ ((DCE clear confirmation).
Duomenų perdavimo fazės metu PVC tvarkymas nesiskiria nuo VC tvarkymo. Tačiau vartotojai šiuo atveju negali panorėję sujungti ar atjungti PVC. PVC virtualioji linija vieną kartą sujungiama operatoriaus, ir vartotojai ja gali naudotis iki pat tos konkrečios PPVC abonemento pabaigos. Taigi ši paslauga yra beveik tapati skirtajai linijai. Bet daugelyje šalių mokestis už skirtąją liniją yra pastovus, nepriklausomai nuo to, kokie ja keliauja srautai, o PVC atveju paprastai tenka mokėti už perduotų paketų skaičių.
3. 4. Sparčių komutuojamųjų paketų valdymo sistema
Sparčių komutuojamųjų paketų sistemų protokolai vis dar nėra visiškai specifikuoti CCITT, todėl aprašyti jų valdymo sistemas yra neįmanoma. Tačiau labai tikėtina, kad jos nedaug skirsis nuo įprastinių paketų komutatorių valdymo sistemų.
3. 5. LAN valdymo sistema
LAN valdymo sistema yra geras paskirstytojo valdymo pavyzdys. Nors daugelyje LAN tipų, priedo prie paskirstytojo valdymo, reikalinga tam tikra centrinio valdymo funkcija, ją galima priskirti vienam iš LAN dalyvių. Jam sutrikus, administravimą gali perimti kitas dalyvis.
Daugelyje LLAN nėra numatytas joks maršrutizavimas, o kiekvieną mazgą paliekančių linijų skaičius yra minimalus, todėl LAN įrangos maršrutizavimas labai paprastas. Kitos valdymo funkcijos įvairių tipų LAN labai įvairuoja. Daug LAN tipų yra bejungčiai, todėl jiems nereikalingos skambučio sujungimo ir atjungimo procedūros.
