Główne Komponenty Przełącznika ATM

Przełącznik ATM to wysokowydajne urządzenie stanowiące serce sieci ATM. Jego podstawowym zadaniem jest przekazywanie jednostek danych o stałym rozmiarze, znanych jako komórki ATM, 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.

Architektura jest modułowa, ogólnie zbudowana wokół czterech głównych komponentów:

• Moduły Wejściowe (Karty Liniowe): Odbierają przychodzący sygnał i przygotowują komórki do komutacji.
• Moduły Wyjściowe (Karty Liniowe): Przygotowują komórki z pola komutacyjnego do dalszej transmisji.
• Pole Komutacyjne: Rdzeń o dużej prędkości, który fizycznie przenosi komórki z wejść na wyjścia.
• Jednostka Sterowania i Zarządzania: „Mózg” przełącznika, obsługujący zarządzanie połączeniami i ogólną pracą.

Analiza Modułu Wejściowego

Moduł wejściowy, zazwyczaj będący częścią karty liniowej, jest odpowiedzialny za szereg złożonych zadań w celu przetworzenia sygnału wejściowego i przygotowania komórek ATM dla pola komutacyjnego.

1. Odbiór i Konwersja Sygnału: Odbiera fizyczny sygnał optyczny lub elektryczny z linii.
2. Przetwarzanie Warstwy Fizycznej: W systemach takich jak SDH/SONET, obejmuje to synchronizację bitową i ramkową, przetwarzanie nagłówka ramki transportowej oraz wyodrębnienie strumienia komórek ATM z pola ładunku ramki.
3. Wydzielanie Komórek: Analizuje strumień bitów w celu zidentyfikowania granic poszczególnych 53-bajtowych komórek ATM.
4. Walidacja Nagłówka (HEC): Sprawdza poprawność nagłówka każdej komórki przy użyciu pola Kontroli Błędów Nagłówka (HEC) w celu wykrycia i korekcji pojedynczych błędów bitowych.
5. Odrzucanie Komórek: Odrzuca puste komórki lub komórki z nienaprawialnymi błędami w nagłówku.
6. Kontrola Ruchu (UPC/NPC): Jednostka Kontroli Parametrów Użytkownika/Sieci sprawdza, czy przychodzący ruch komórek jest zgodny z umową o jakości usługi zawartą podczas zestawiania połączenia. Niezgodne komórki mogą być odrzucane lub oznaczane.
7. Przeglądanie Tablicy Przekierowań: Wartości VPI/VCI z nagłówka komórki są używane jako indeks do tablicy routingu w celu określenia, do którego portu wyjściowego komórka ma zostać wysłana.
8. Dodanie Wewnętrznego Nagłówka: Do komórki może zostać dodany dodatkowy wewnętrzny nagłówek (etykieta). Etykieta ta zawiera informacje używane przez wewnętrzne pole komutacyjne do efektywnego routingu komórki i jest usuwana w module wyjściowym.

Pole Komutacyjne

Pole komutacyjne to wysokiej prędkości rdzeń 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 Prędkość: Aby zapobiec wewnętrznym zatorom, pole musi działać z prędkością co najmniej N razy większą niż prędkość pojedynczej linii wejściowej (gdzie N to liczba portów), szczególnie w przypadku niektórych strategii buforowania. W praktyce często wymagana jest prędkość komutacji co najmniej dwukrotnie wyższa od szybkości napływania komórek, aby obsłużyć statystyczne wahania ruchu.
• Kluczowe Parametry: Jego wydajność jest mierzona przez parametry takie jak znormalizowana przepustowość i wykorzystanie.

Moduł Wyjściowy i Jednostka Sterująca

Moduły wyjściowe przygotowują komórki do podróży do następnego węzła, podczas gdy jednostka sterująca zarządza całym procesem.

Funkcje Modułu Wyjściowego

• Buforowanie Komórek: Przychodzące z pola komutacyjnego komórki są tymczasowo przechowywane w buforze w oczekiwaniu na transmisję.
• Translacja Nagłówka: Moduł zastępuje stare wartości VPI/VCI w nagłówku komórki nowymi, odpowiednimi dla następnego etapu podróży, i przelicza pole Kontroli Błędów Nagłówka (HEC).
• Transmisja Fizyczna: Przetworzona komórka jest przekazywana do jednostki warstwy fizycznej, która konwertuje ją z powrotem na sygnał optyczny lub elektryczny i umieszcza w wychodzącej ramce transportowej (np. SDH).

Jednostka Sterowania i Zarządzania

Ta jednostka jest mózgiem przełącznika i musi wykonywać kilka krytycznych zadań w celu 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 (CAC): Decyduje, czy przyjąć, czy odrzucić nowe żądania połączeń, aby zapobiec przeciążeniu sieci.