Комутація (телекомунікації)

Загальний термін «комутація» використовується для чотирьох різних технологій:

Існує чотири принципово різні схеми комутації абонентів в мережах:

Комутація каналів

(КК, англ. circuit switching) — організація складного каналу через декілька транзитних вузлів з декількох послідовно «з'єднаних» каналів на час передачі повідомлення в межах одного сеансу (тимчасова комутація) або на триваліший термін (постійна/довготривала комутація) у випадку постійного використання протягом часу заданого адміністратором.

Комутація повідомлень

(КС, англ. message switching) — розбиття інформації на повідомлення, які передаються послідовно до найближчого транзитного вузла, який при отриманні повідомлення аналізує його заголовок і передає далі таким же способом. Приклад: комутація TCP-пакетів.

Комутація пакетів

(КП, англ. packet switching) — розбиття повідомлення на пакети, які передаються індивідуально. При цьому, якщо маршрут руху пакетів між вузлами попередньо визначений, то мова йде про віртуальний канал (з встановленим з'єднанням). Приклад: комутація IP-пакетів. Якщо ж для кожного пакета задача знаходження шляху вирішується заново, мова йде про способи пакетної комутації без встановлення з'єднання.

Комутація комірок

(КЯ, англ. cell switching) — схожа з комутацією пакетів, але при комутації комірок пакети завжди мають фіксований розмір.

Технологія комутації сегментів Ethernet була запропонована фірмою Kalpana в 1990 році у відповідь на зростаючі потреби в підвищенні пропускної здатності зв'язків високопродуктивних серверів із сегментами робочих станцій. Структурна схема комутатора EtherSwitch, запропонованого фірмою Kalpana. Кожен з 8 портів 10Base-T обслуговується одним процесором пакетів Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Крім того, комутатор має системний модуль, який координує роботу всіх процесорів ЕРР. Системний модуль веде загальну адресну таблицю комутатора і забезпечує управління комутатором по протоколу SNMP. Для передачі кадрів між портами використовується комутаційна матриця, яка подібна тим портам, які працюють у телефонних комутаторах або мультипроцесорних комп'ютерах, з'єднуючи кілька процесорів з декількома модулями пам'яті. Комутаційна матриця працює за принципом комутації каналів. Для 8 портів матриця може забезпечити 8 одночасних внутрішніх каналів при напівдуплексному режимі роботи портів і 16 - при повнодуплексному, коли передавач і приймач кожного порту працюють незалежно один від одного. При надходженні кадру в якийсь порт процесор ЕРР буферизує декілька перших байт кадру, щоб прочитати адресу призначення. Після отримання адреси призначення процесор відразу ж приймає рішення про передачу пакета, не чекаючи приходу інших байтів кадру. Для цього він переглядає свій власний кеш адресної таблиці, а якщо не знаходить там потрібної адреси, звертається до системного модуля, який працює в багатозадачному режимі, паралельно обслуговуючи запити всіх процесорів ЕРР. Системний модуль робить перегляд загальної адресної таблиці і повертає процесору знайдений рядок, який той буферизує в своєму кеші для подальшого використання. Після знаходження адреси призначення процесор ЕРР знає, що потрібно далі робити з отриманим кадром (під час перегляду адресної таблиці процесор продовжував буферизацію байтів кадру, що надходили в порт). Якщо кадр потрібно відфільтрувати, процесор просто припиняє записувати в буфер байти кадру, очищає буфер і чекає надходження нового кадру. Якщо ж кадр потрібно передати на інший порт, то процесор звертається до комутаційної матриці й намагається встановити в ній шлях, що зв'язує його порт з портом, через який йде маршрут до адреси призначення. Комутаційна матриця може це зробити тільки в тому випадку, коли порт адреси призначення в цей момент вільний, тобто не з'єднаний з іншим портом. Якщо ж порт зайнятий, то, як і в будь-якому пристрої з комутацією каналів, матриця в з'єднанні відмовляє. У цьому випадку кадр повністю буферизується процесором вхідного порту, після чого процесор очікує звільнення вихідного порту й створення комутаційною матрицею потрібного шляху. Після того як потрібний шлях установлений, в нього направляються буферізовані байти кадру, які приймаються процесором вихідного порту. Як тільки процесор вихідного порту отримує доступ до підключеного до нього сегмента Ethernet по алгоритму CSMA / CD, байти кадру відразу ж починають передаватися в мережу. Процесор вхідного порту постійно зберігає декілька байт прийнятого кадру в своєму буфері, що дозволяє йому незалежно й асинхронно приймати і передавати байти кадру.

Міська телефонна мережа - це сукупність лінійних та станційних споруд. Мережа, що має одну АТС, називається нерайонованою. Лінійні споруди такої мережі складаються тільки з абонентських ліній. Типове значення ємності такої мережі 8-10 тисяч абонентів. При великих ємностях через різке збільшення довжини АЛ(абонентських ліній) доцільно переходити на районовання побудованої мережі. У цьому випадку територія міста ділиться на райони, в кожному з яких споруджується одна районна АТС (РАТС), до якої підключаються абоненти цього району. З'єднання абонентів одного району здійснюється через одну РАТС, абонентів різних РАТС - через два. РАТС зв'язуються між собою з'єднувальними лініями в загальному випадку за принципом «кожна з кожною». Загальне число пучків між РАТС дорівнює кількості РАТС / 2. При зростанні ємності мережі число пучків СЛ, що зв'язують РАТС між собою за принципом «кожна з кожною», починає різко зростати, що призводить до надмірного зростання витрати кабелю і витрат на організацію зв'язку, і тому при ємностях мережі понад 80 тисяч абонентів застосовують додатковий комутаційний вузол. В такій мережі зв'язок між АТС різних районів здійснюється через вузли вхідного повідомлення (ВВП), а зв'язок всередині свого вузлового району (ВР) здійснюється за принципом «кожна з кожною» або через свій ВВП.

Блок просторової комутації часових каналів (БПК) виконує перенесення кодового слова певного КІ(канальний інтервал) в однойменний КІ інших ЦЛ. У загальному випадку БПК складається з управляючого пристрою і з комутаційної матриці, в горизонталь якої включені вхідні (ВхЛ), а у вертикаль – вихідні ЦЛ (ВЛ) (рис. 1.). Процес просторової комутації ілюструє рис. 2. Комутаційна матриця є комбінаційним автоматом з N інформаційними входами, М інформаційними виходами і N х М точками комутації, керованими від управляючих входів k, причому кількість останніх визначається типом елементів, на яких побудована комутаційна матриця (рис. 3). Управляючою інформацією для БПК є адреси ВхЛ і ВЛ, які повинні бути скомутовані в заданому КІ. Ці адреси повинні бути занесені в управляючий пристрій БПК (УП) і зберігаються в ньому до закінчення з'єднання, тому УП будується на елементах, що запам'ятовують, і називається адресним запам’ятовувальним пристроєм (АЗП) або керуючою пам'яттю (КП).

Управляючий пристрій керується блоком управління (БУ) вищого рівня шинами даних (ШД), шинами адреси (ША) і шинами управління (ШУ). Структура і об'єм пам'яті АЗП визначається побудовою комутаційної матриці і параметрами N і М. У разі реалізації матриці на електронних контактах (рис. 3, а) або на мікросхемах І-АБО (рис. 3, б) кожній точці комутації необхідний власний управляючий вхід, тому їхня кількість є N Х М. На кожний управляючий вхід подається один з n можливих часових сигналів, які визначають номер КІ, в якому повинна здійснюватися комутація. Якщо ж комутаційна матриця реалізується на мультиплексорах МХ (рис. 3, в) або демультиплексорах DMX (рис. 3, г), то кількість управляючих входів зменшується, оскільки управляючі сигнали передаються ними в кодованому вигляді. Незалежно від способу реалізації комутаційної матриці з'єднання між вхідними і вихідними ЦЛ повинні встановлюватися на тривалість канального інтервалу, тому на відповідну точку комутації управляючий сигнал потрібно подавати протягом заданого КІ. Звідси зрозуміло, що адреса точки комутації повинна бути записана в ту комірку АЗП, яка читається в цьому КІ. Кількість елементів пам'яті АЗП повинна збігатися з числом каналів n в комутованих цифрових трактах. Розмір комірки визначається способом реалізації комутаційної матриці і кількістю точок комутації. Звичайно АЗП розділяють на секції, кожна з яких керує певною групою точок комутації, закріплених за окремою ВЛ (рис. 4, б) або окремою ВхЛ (рис. 4, в) – відповідно розрізняють управління по виходах і управління по входах. У першому випадку в i-ту комірку k-ї секції АЗП (Клі) заноситься номер ВхЛ, яку потрібно скомутувати з k-ю ВЛ в i-му КІ. У разі реалізації комутаційної матриці на демультиплексорах секції АЗП закріплені за ВхЛ, а в комірки АЗП відповідно записують номери тих ВЛ, які повинні бути скомутовані з цією ВхЛ (див. рис. 3, г). Для прискорення комутації і, отже, пропускної здатності ЦКП застосовують паралельне (одночасне) передавання всіх r розрядів кодового слова. Відповідно швидкість передавання зростає в r раз. Реалізація паралельного передавання вимагає додаткового обладнання: послідовно-паралельних перетворювачів кодових слів на виході кожної ВхЛ і паралельно-послідовних – на вході кожної ВЛ.

• Мережева модель OSI
• Стек протоколів TCP/IP
• Протокол MPLS
• Мережа з комутацією пакетів
• Мережа з комутацією каналів

• Комп'ютерні мережі: [навчальний посібник] / А. Г. Микитишин, М. М. Митник, П. Д. Стухляк, В. В. Пасічник. — Львів: «Магнолія 2006», 2013ю — 256 с. ISBN 978-617-574-087-3
• Буров Є. В. Комп'ютерні мережі: підручник / Євген Вікторович Буров. — Львів: «Магнолія 2006», 2010. — 262 с. ISBN 966-8340-69-8