Kommutatsiyaning asosiy elementi

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI

MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI

TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI

“Kompyuter tarmoqlari-3”

Fanidan

MUSTAQIL ISH

Bajardi: 221-18 guruh talabasi

Qurbonov Sardor

Toshkent 2020



Reja:

1. 
   Kirish.
   
2. 
   Kommutatsiyaning asosiy elementi.
   
3. 
   Turli xil hotirali kopmutatorlar.
   
4. 
   Bo`lingan uzatish muhitining komutatorlari.
   
5. 
   To`liq bog`langan topologiya komutatorlari.
   
6. 
   Fazoviy bo`lingan komutatorlar.
   
7. 
   Buferlash.
   

Ma'lumotlarni uzatish tarmoqlari nisbatan yosh texnologiya, ammo ular bizning sivilizatsiyamizning tarkibiga shu qadar tabiiy va qat'iy kirib kelganki, zamonaviy dunyoni endi ularsiz tasavvur etib bo'lmaydi. Bank va valyuta tizimlari faoliyati, huquqni muhofaza qilish idoralari, biznes operatsiyalari va kompaniyalar va korporatsiyalarni boshqarish, tibbiyot va ta'lim global tarmoqlarga asoslangan. Ular mavjud telekommunikatsiya tarmoqlari bilan raqobatlashishni boshlaydilar. Jamiyat yana bir texnologiyaning garoviga aylanganga o'xshaydi.

Umumiylikni yo'qotmasdan, keng polosali aloqa infratuzilmasi turli o'lchamdagi o'zaro bog'liq tarmoqlarga asoslangan deb aytish mumkin. Shu bilan birga, yuqori darajadagi protokollar ushbu munosabatlarni qanday bo'lishidan qat'i nazar, an'anaviy X.25 yoki Frame Relay yoki zamonaviyroq bankomatlar bo'lsin, eng past darajada biz har doim ma'lumotni manbadan manzilga uzatishni ta'minlaydigan yuqori tezlikda ishlaydigan komutatorlarni topamiz.

Albatta, komutator arxitekturasining xususiyatlari asosan tarmoq texnologiyasi bilan belgilanadi. Shunga qaramay, qurilish tamoyillari umumiy bo'lib qolmoqda. Shuning uchun taqdimotni soddalashtirish uchun komutator N kirish va chiqish chiqish portlarini o'z ichiga oladi va kiruvchi paketlar belgilangan uzunlikka ega (ATM terminologiyasida bunday paketlar kataklar deb ataladi).

Umuman aytganda, komutator juda keng funktsiyalarni bajaradi. Shu bilan birga, biz ikkita asosiy narsaga e'tibor qaratamiz: paketlarni yo'naltirish yoki kirish portidan chiqish portiga yo'naltirish (manzili odatda paket sarlavhasida ko'rsatilgan) va bir vaqtning o'zida keladigan bir nechta paketlar raqobatlashganda yuzaga keladigan nizolarni hal qilish. Oxirgi muammo odatda u yoki buferlash sxemasi yordamida hal qilinadi, bu ko'pincha komutator arxitekturasining asosiy xususiyatlarini aniqlaydi.
Kommutatsiyaning asosiy elementi

Ikkala kirish va ikkita chiqish porti (2 x 2 komutator) bo'lgan qurilma uchun kommutatsiya funktsiyalarini amalga oshiradigan beta-element (B-element) bilan bahsimizni boshlaymiz. Ko'pgina hollarda, 2N x 2N komutatorlari bunday elementar bloklardan o'ziga xos tarmoq tuzilishi sifatida qurilgan. Ular paketlar sarlavhalarini boshqaradigan qarorlar mantig'idan, qaror natijasini olish uchun latch registridan, operatsiyalarni sinxronlashtirish uchun zarur bo'lgan kechikish chizig'idan va kirish va chiqishni "to'g'ridan-to'g'ri" yoki "o'zaro bog'liqlik" ni bajaradigan komutator matoning o'zi. portlar. (1-rasm).

1-rasm
Telefon tarmoqlarida ishlatiladigan an'anaviy usullar Space-Division Switching (SDS), Time-Division Switching (TDS) va ularning kombinatsiyasi sifatida aniqlangan. Mekansal ajratish usuli elektronni almashtirish texnologiyasidan kelib chiqadi. Bu kirish va chiqish portlarini ulash uchun jismoniy kanal yaratilishidan iborat. Odatda, ushbu texnologiya kommutatsiya matritsasi yordamida amalga oshiriladi. Vaqt taqsimotining mohiyati soddalashtirilgan bo'lib, har bir keladigan paket ma'lum bir vaqt oralig'ini egallaydi, uning tartibi chiqish portlari tartibiga to'g'ri keladi va demultiplexer ushbu paketni qaysi portga yuborishini "biladi".Biroq, switch me'morchiligining hozirgi tasnifi turli xil printsiplarga asoslanadi. Ularning fikriga ko'ra, komutator loyihalash ko'pincha quyidagi to'rt toifada tavsiflanadi:

• 
  umumiy xotira;
  
• 
  umumiy uzatish vositasi bilan;
  
• 
  to'liq bog'langan topologiya bilan "har biri har biri bilan";
  
• 
  fazoviy ajralish bilan.
  

Endi keltirilgan har bir arxitekturani batafsil tahlil qilishga o'tamiz. Taqdimot davomida, xohlagancha, tamponlash masalalariga to'xtalib o'tishga majbur bo'lamiz, ammo keyinchalik tegishli muammolarni to'liqroq muhokama qilishni keyinga qoldiramiz.
Turli xil hotirali komutatorlar

Bunday qurilmalarni qurishning asosiy printsiplari shakli. Ushbu arxitekturani amalga oshirishdagi qiyinchilik shundan iboratki, agar N kirish (va chiqish) portlari mavjud bo'lsa, xotira tezligi portga ma'lumot kirish tezligidan N baravar yuqori bo'lishi kerak. Shuning uchun bunday komutatorlarga yuqori tezlikda ishlaydigan ichki ko'p bitli avtobus o'rnatilgan va ketma-ket koddan keladigan bitli oqim parallel ravishda aylantiriladi. Qabul qilinadigan soat chastotasini ta'minlash uchun avtobus etarlicha keng qilingan. Shunday qilib, agar W avtobusning kengligi bo'lsa, unda kerakli soat chastotasi portning o'tkazuvchanligidan N / V baravar kam bo'ladi.

2-rasm
Turli xil portlar uchun paketlar ajratilgan,ularda alohida xotirada saqlanadi. Ushbu bo'limlarning belgilangan uzunlik yoki o'zgaruvchan bo'ladimi, muhokama qilinadigan arxitekturani amalga oshirish xususiyatlariga bog'liq. Shubhasiz, o'zgaruvchan uzunlikdagi bo'limlar yanada murakkab boshqaruvni talab qiladi, ammo bu yondashuv ko'p hollarda tirbandlik muammolarini hal qilishi va paketlarning yo'qolishini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Bir siklda yozish va o'qish operatsiyalarini bajarish uchun xotira ikki portli bo'ladi.

Portlar sonini ko'paytirish mos ravishda xotira unumdorligini oshirishni talab qilganligi sababli, ushbu arxitektura yaxshi kengaytirilmaydi. Bundan tashqari, buferlarni boshqaruvchi kontroller paketlar sarlavhalarini va marshrut teglarini xotira bilan bir xil tezlikda qayta ishlashi kerak. Shuning uchun ushbu dizayn ko'pincha mahalliy tarmoqlarni o'zaro bog'lash uchun kichik, yuqori tezlikda ishlaydigan komutatorlarda qo'llaniladi. Shu bilan birga, o'rtacha kattalikdagi (portlar sonidagi) komutatorlarga ham kerakli ichki avtobus chastotasi haddan tashqari yuqori bo'ladi. Shunday qilib, 32 ta kirish porti va har bir port uchun ma'lumot tezligi 155 Mbit / s bo'lgan 16-bitli avtobus uchun talab qilinadigan ichki avtobus soatining chastotasi 310 MGts ni tashkil qiladi.

Bolingan uzatish muhitining komutatorlari

Ushbu me'morchilik 10 Mbit / s Ethernet tarmoqlari uchun mo'ljallangan ko'p tarmoqli komutatorng dastlabki avlodlarida keng qo'llanilgan. Paketlar avtobusga ketma-ket kirib kelishdi. Agar vaqtni multiplekslash (TDM) ishlatilgan bo'lsa, u holda har bir vaqt oralig'i ma'lum bir chiqish portiga ega edi. Boshqa echim paket sarlavhasida joylashgan marshrutlash ma'lumotlari asosida paketni to'g'ri portga yo'naltirgan manzil filtrlariga asoslangan edi (3-rasm). Shuningdek, manzil avtobusi kommutatsiya uchun ishlatilishi mumkin.

3-rasm
Oldingi holatda bo'lgani kabi, portlar sonini ko'paytirish yoki paketlarni almashtirish tezligini oshirishning asosiy cheklovi avtobusning ishlash chastotasi edi. Kiruvchi paketlarning tushib ketishini oldini olish uchun uzatish tezligi kamida N x V bo'lishi kerak edi, bu erda N - portlar soni, V - kiruvchi oqim tezligi. Amalda, uning o'tkazuvchanligi odatda 2 Gbit / s atrofida edi.
To`liq bog`langan topologiya komutatorlari

Ushbu yondashuv bilan har qanday N2 juft kirish va chiqish portlari o'rtasida mustaqil yo'l mavjud (4-rasm). Kirish portlariga tushadigan paketlar alohida avtobuslar orqali barcha chiqish portlariga uzatiladi va u erda manzil filtrlari yoqiladi. Bunday komutatorlarga odatda chiqish tamponlari o'rnatiladi, ularning soni klassik versiyada N2 ga teng.

4-rasm

To'liq ulangan dizayn bir nechta afzalliklarga ega. Xususan, translyatsiya va multicast uzatish rejimlari osongina amalga oshiriladi. Manzil filtrlari va buferlari portning ma'lumotlar tezligida ishlashi kerakligi sababli, ushbu arxitektura osongina kattalashtiriladi. To'g'ri, buning uchun chiqish tamponlari sonining kvadratik ko'payishi bilan to'lashingiz kerak. Shuning uchun AT&T har bir chiqish porti uchun L tamponlari bilan nokaut tugmachasini taklif qildi, ya'ni ularning umumiy soni N x L edi. Ushbu yechim kirishda bir vaqtning o'zida bir nechta L paketlar qabul qilingan degan farazga asoslangan edi mumkin bo'lmagan voqea. Agar shunday bo'ladigan bo'lsa, unda kontsentrator deb nomlangan qo'shimcha element birinchi L ni tanlaydi va qolganini tashlaydi. L qiymatini o'zgartirib, yo'qolgan paketlar ulushini sozlashingiz mumkin. Shuni esda tutingki, tark etish imkoniyatiga ega bo'lgan tugmachalar uchun portlar soni ko'payganligi sababli chiqadigan buferlar soni kvadratik ravishda emas, balki N x L sifatida ko'payadi.

Fazoviy bolingan komutatorlar

Kirish va chiqish portlari juftlari orasidagi fazoviy ajratish bilan bitta yo'l yoki bir nechta yo'l bo'lishi mumkin. Bunday arxitekturaning eng oddiy namunasi bu to'siqdir. Unda sinxronlashtiruvchi generatorning har bir soat tsiklida boshqaruvchi kirish portlarida qabul qilingan paketlarning manzil ma'lumotlarini tahlil qiladi va ajratilgan kanal orqali portlar orasidagi aloqalarni o'rnatadi. Matodan marshrutlash, to'r tarmog'iga o'xshashdir. Ajratilgan kanalning o'tkazuvchanligi faqat uzatish muhitining fizik xususiyatlari bilan aniqlanganligi sababli, bunday komutatorlarda ma'lumot uzatishning umumiy tezligi 100 Gbit / s dan oshishi mumkin. Biroq, ba'zi hollarda, trafik portlarga nisbatan notekis taqsimlanganda, matritsali komutatorng ishlashi umumiy xotiraga ega qurilmalardan past bo'lishi mumkin. Chiqish portidagi ziddiyatli muammolarni hal qilishning standart usuli buferlash sxemasidan foydalanishdir.

Ichki elektronni almashtirish uchun zarur bo'lgan kommutatsiya elementlari sonini kamaytirish uchun ko'p bosqichli o'zaro bog'liqlik tarmoqlari (MIN) ishlab chiqilgan.

Ushbu muhim komutator sinfini ko'rib chiqishdan oldin, ba'zi bir ta'riflarni esga olamiz. Agar har bir beta-elementning holati faqat kirish paketidagi ma'lumotlar bilan aniqlansa, tarmoq o'zini o'zi yo'naltiradi deb aytiladi. Agar turli xil kirish portlaridan har xil chiqish portlariga yo'llarning har qanday joylashuvi uchun bir vaqtning o'zida paketlarni almashtirishni amalga oshirish mumkin bo'lsa, komutator arxitekturasi blokirovka qilinmaydigan deb nomlanadi. Qayta konfiguratsiya qilinadigan blokirovka qilinmaydigan tarmoq uchun zarur bo'lgan minimal miqdordagi beta hujayralar soni N log2 N ekanligi ko'rsatilgan. Bunday tarmoqlar, shuningdek, Benes tarmoqlari deb ham ataladigan, o'z-o'zini boshqarish emas. Bunday holda, barcha kommutatsiya elementlarining holatini aniqlash uchun tekshirgich talab qilinadi. Binobarin, qayta konfiguratsiya qilinadigan blokirovka qilinmaydigan o'z-o'zini boshqaruvchi kommutatsiya tarmog'ini qurish uchun yuqorida ko'rsatilganidan ko'proq kommutatsiya elementlari soni talab qilinadi. Quyida keltirilgan arxitektura ulanishdan foydalanish, paketlarning yo'qolishi va dizaynning murakkabligi o'rtasida kelishuvni topishga urinishdir.

Bu o'z-o'zini boshqarish arxitekturasi, ammo blokirovka qilmaydigan komutatorni yaratish uchun zarur bo'lganidan bir oz kamroq beta-elementlardan foydalanadi. Aniqrog'i, ularning soni (N / 2) log2 N dir. Bu shuni anglatadiki, siz paketlarni bir vaqtning o'zida almashtirib bo'lmaydigan yo'llarning kombinatsiyasini olishingiz mumkin. Shuning uchun, tashlab ketilgan paketlarning maqbul sonini ta'minlash uchun ba'zi bir buferlash sxemasi zarur.

Banyanga o'xshash tarmoqlar kommutatsiya elementlarining o'zaro bog'liq kaskadlari yordamida qurilgan. Asosiy 2 x 2 kommutatsiya elementi (5a-rasm) kiruvchi paketlarni chiqish portining manzil maydonidagi boshqaruv bitining qiymatiga qarab yo'naltirishi mumkin: agar qiymat "0" bo'lsa, paket "to'g'ri" ga o'zgartiriladi, aks holda - " obliquely "deb nomlangan. Shakl. 5b ikkita bosqichdan iborat bo'lgan 4 x 4 komutatorning diagrammasini ko'rsatadi. Bu erda, marshrut haqida qaror qabul qilish uchun allaqachon ikkita manzil bitidan foydalanish kerak. Bunday holda, birinchi bit kommutatsiya elementining raqamini ko'rsatishi mumkin, ikkinchisi - port manzili. Uch bosqichli 8 x 8 tarmoq rekursiv shakllanadi (5-rasm). Marshrutni topish uchun uchta bit ishlatiladi. Birinchisining qiymati bo'yicha kommutatsiya birinchi bosqichda amalga oshiriladi, shundan so'ng paketlar avval tasvirlangan algoritm takrorlanadigan "yuqori" yoki "pastki" 4x4 tarmog'iga yo'naltiriladi.

5- rasm
Banyanga o'xshash tarmoqlarga asoslangan komutatorlar oddiy kommutatsiya elementlaridan foydalanish tufayli keng tarqaldi. Bundan tashqari, kiruvchi paketlarni qayta ishlash parallel ravishda amalga oshirilganligi va barcha elementlar bir xil tezlikda ishlayotganligi sababli, kengayish zarur bo'lsa, kirish portlari soni va kiruvchi paketlarning tezligi bo'yicha qo'shimcha cheklovlar mavjud emas.

Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, N x N banyan komutatoridagi elementlarning soni blokirovka qilmaydigan arxitektura yaratish uchun talab qilinganidan kamroq. Ushbu muammoni hal qilishning usullaridan biri bu kirish portlariga keladigan paketlarni ma'lum bir tartibda o'zgartirish. Ushbu protsedura, xususan, kommutatsiya tarmog'i oldida o'rnatilgan Batcher saralash vositasi tomonidan amalga oshiriladi.

Buferlash

Komutator loyihalashda qaysi me'moriy yondashuvdan qat'i nazar, deyarli hamma joyda buferlash talab qilinadi. Biz uchta asosiy yondashuvga yoki bufer maketlariga e'tibor qaratamiz.

Kirish buferi. Ushbu sxemada komutatorning har bir kirish porti bufer bilan jihozlangan. Bu ko'pincha blokirovka qilmaydigan mekansal qismlarga ajratish me'morchiligida qo'llaniladi. Kiritish buferlashi bir vaqtning o'zida bir nechta stantsiyalar (bitta soat tsiklining boshida) bir xil chiqish portiga paketlarni yuborishga harakat qiladigan ziddiyatni hal qilishga yordam beradi. Tampondan paket bo'sh bo'lgandan keyingina maqsadli portga yuboriladi. Sxema translyatsiya va multicassiyalarni qo'llab-quvvatlash uchun samarali, ammo navbatning to'siqlari deb nomlanadi. Bu navbatdagi paketlarni turli xil portlarga yo'naltirish kerak bo'lganda paydo bo'ladi. Bundan tashqari, agar B to'plami porti band bo'lgan A paketining orqasida bo'lsa, u holda uning porti chiqarilgandan keyin ham yuborilmaydi. Ba'zi komutatorlarda boshqaruv mantig'i navbatdagi paketlarning manzil portlarini ko'rib chiqishi mumkin va agar ularning birortasi uchun port bo'sh bo'lsa, u ishlamay yuboriladi. Biroq, bu komutatorning murakkabligini sezilarli darajada oshiradi.