Быстрая коммутация пакетов

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
• 
  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:

• Асинхронной передачи данных (англ. ATM - Asynchronous Transfer Mode), с пакетами (ячейками) постоянной длины. В 1991 году для разработки и развития техники ATM был создан Форум ATM^[8];
• Трансляции кадров (англ. FR - Frame Relay), с пакетами (кадрами) переменной длины. Соответствующий Форум трансляции кадров организован также в 1991 году^[8];
• Фрагментирования на пакеты с «метками» в интернет-сетях (англ. MPLS - MultiProtocol Label Switching). Форум MPLS создан в 2000 году^[8].

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

Примечания

Ссылки

• Federal Standard 1037C, Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms: fast packet switching, Date of Publication: August 7, 1996
• Techopedia Inc, Fast Packet Switching
• WhatIs.com: fast packet technology
• https://www.kazedu.kz/referat/133098/4
• Широкополосный форум (Broadband Forum)

См. также

• Английская статья о Джонатане Тёрнере

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).

Эта страница в последний раз была отредактирована 7 ноября 2021 в 07:27.