Główne komponenty przełącznika ATM
to urządzenie stosowane w sieci ATM. Jego podstawowym zadaniem jest przekazywanie jednostek danych o stałym rozmiarze, znanych jako , z portu wejściowego do odpowiedniego portu wyjściowego. Przełącznik zazwyczaj składa się z N portów wejściowych i N portów wyjściowych, połączonych ze sobą centralnym elementem komutacyjnym.
Na interfejsie UNI przełącznik łączy się z urządzeniem końcowym, a na interfejsie NNI z innym węzłem sieci. Nagłówek UNI zawiera 4-bitowe pole GFC do ogólnej kontroli przepływu. W formacie NNI pole GFC nie występuje, a te cztery bity rozszerzają pole VPI. W UNI pole VPI ma 8 bitów, a VCI 16 bitów. W NNI VPI ma 12 bitów, a VCI również 16 bitów.
Architektura ma budowę modułową i obejmuje cztery główne komponenty:
- Moduły wejściowe (karty liniowe): Odbierają sygnał przychodzący i przygotowują komórki do komutacji.
- Moduły wyjściowe (karty liniowe): Przygotowują komórki z pola komutacyjnego do dalszej transmisji.
- Pole komutacyjne: Element o dużej przepustowości, który przenosi komórki z wejść na wyjścia.
- Jednostka sterowania i zarządzania: Obsługuje zarządzanie połączeniami oraz działanie przełącznika.
Model warstw i płaszczyzn ATM
Model referencyjny szerokopasmowej sieci cyfrowej z integracją usług (B-ISDN) rozdziela płaszczyznę użytkownika, sterowania i zarządzania. Płaszczyzna użytkownika przenosi informacje użytkownika, płaszczyzna sterowania obsługuje sygnalizację oraz zestawianie i zwalnianie połączeń, a płaszczyzna zarządzania obejmuje zarządzanie warstwami oraz funkcje zarządzania całym systemem.
Model funkcjonalny rozróżnia warstwę fizyczną, warstwę ATM i warstwę adaptacji ATM (AAL). Warstwa fizyczna obejmuje podwarstwy medium fizycznego (PM) i konwergencji transmisji (TC), a warstwa ATM dzieli funkcje na obsługę ścieżek wirtualnych (VP) i kanałów wirtualnych (VC). AAL dopasowuje dane usług wyższych warstw do transportu w komórkach ATM. SAAL (warstwa adaptacji ATM dla sygnalizacji) obejmuje funkcje AAL używane do transportu sygnalizacji.
Przykładowy tor komórki prowadzi od konwersji sygnału na wejściu przez odczyt VPI/VCI i pole komutacyjne do bufora wyjściowego, gdzie nagłówek jest tłumaczony, a HEC obliczany ponownie.
Analiza modułu wejściowego
Moduł wejściowy, zazwyczaj będący częścią karty liniowej, realizuje zestaw zadań związanych z przetworzeniem sygnału wejściowego i przygotowaniem komórek ATM dla pola komutacyjnego.
- Odbiór i konwersja sygnału: Odbiera fizyczny sygnał optyczny lub elektryczny z linii.
- Przetwarzanie warstwy fizycznej: W systemach takich jak , obejmuje to synchronizację bitową i ramkową, przetwarzanie nagłówka ramki transportowej oraz wyodrębnienie strumienia komórek ATM z pola ładunku ramki.
- Wydzielanie komórek: Analizuje strumień bitów w celu zidentyfikowania granic poszczególnych komórek ATM o długości 53 bajtów.
- Walidacja nagłówka (HEC): Sprawdza nagłówek każdej komórki za pomocą pola Kontroli Błędów Nagłówka (HEC). Mechanizm HEC może skorygować pojedynczy błąd bitowy lub wykryć błędy wielobitowe.
- Odrzucanie komórek: Pomija komórki jałowe (idle) oraz odrzuca komórki z nienaprawialnymi błędami nagłówka.
- Kontrola parametrów użytkownika i sieci (UPC/NPC): Funkcja UPC (kontrola parametrów użytkownika) kontroluje ruch na interfejsie użytkownik-sieć (UNI), a NPC (kontrola parametrów sieci) na interfejsie międzywęzłowym (NNI). Obie funkcje sprawdzają zgodność ruchu z uzgodnionymi parametrami i mogą odrzucić lub oznaczyć komórki naruszające kontrakt ruchowy.
- Przeglądanie tablicy przekazywania: Wartości z nagłówka komórki są używane jako klucz tablicy przekazywania w celu określenia, do którego portu wyjściowego komórka ma zostać wysłana.
- Dodanie wewnętrznego nagłówka: Do komórki może zostać dodana dodatkowa etykieta wewnętrzna. Pole komutacyjne wykorzystuje ją do przekazania komórki do właściwego modułu wyjściowego, a moduł wyjściowy usuwa etykietę.
Pole komutacyjne
Pole komutacyjne to element przełącznika odpowiedzialny za fizyczne przenoszenie komórek z modułów wejściowych do wyznaczonych modułów wyjściowych.
- Działanie synchroniczne: Pole zazwyczaj działa synchronicznie. Czas jest podzielony na równe interwały zwane „szczelinami komórkowymi”, z których każda odpowiada czasowi potrzebnemu na przesłanie jednej komórki ATM.
- Wymagana przepustowość: Przepustowość pola musi odpowiadać obciążeniu portów i przyjętej strategii buforowania. Dla N portów o tej samej szybkości suma ich maksymalnych szybkości może sięgać N razy szybkości jednej linii. Konkretna przepustowość i zapas zależą od architektury, strategii buforowania oraz modelu ruchu. Przy jednoczesnym kierowaniu ruchu z wielu wejść do jednego wyjścia wymagania zależą także od koncentracji ruchu.
- Parametry oceny: Jego wydajność jest mierzona przez parametry takie jak i wykorzystanie.
Moduł wyjściowy i jednostka sterująca
Moduły wyjściowe przygotowują komórki do transmisji do następnego węzła, a jednostka sterująca zarządza tym procesem.
Funkcje modułu wyjściowego
- Buforowanie komórek: Przychodzące z pola komutacyjnego komórki są tymczasowo przechowywane w w oczekiwaniu na transmisję.
- Translacja nagłówka: Moduł zastępuje dotychczasowe wartości VPI/VCI w nagłówku komórki nowymi, odpowiednimi dla następnego łącza, i przelicza pole Kontroli Błędów Nagłówka (HEC).
- Transmisja fizyczna: Przetworzona komórka jest przekazywana do jednostki warstwy fizycznej, która konwertuje ją na sygnał optyczny lub elektryczny i umieszcza w wychodzącej ramce transportowej (np. SDH).
Jednostka sterowania i zarządzania
Ta jednostka wykonuje zadania potrzebne do zestawiania połączeń i zarządzania nimi:
- Wymiana informacji sygnalizacyjnych: Przełącznik musi komunikować się z innymi węzłami sieci w celu zestawienia połączeń.
- Alokacja zasobów: Musi podejmować decyzje dotyczące przydziału zasobów (takich jak pasmo i przestrzeń buforowa) dla nowych żądań połączeń.
- Wybór ścieżki: Musi wybrać odpowiednią trasę przez sieć dla nowego połączenia.
- Kontrola dopuszczeń (): Decyduje, czy przyjąć, czy odrzucić nowe żądania połączeń, aby zapobiec przeciążeniu sieci.