Czym jest Węzeł Komutacyjny?

Węzeł komutacyjny to inteligentne urządzenie w sieci komunikacyjnej, które kieruje ruchem. Wyobraź sobie go jako zaawansowane skrzyżowanie w miejskiej sieci dróg; jego głównym zadaniem jest odbieranie przychodzącego ruchu, znajdowanie najlepszej trasy do jego ostatecznego celu, a następnie przesyłanie go tą ścieżką. Węzły te tworzą kręgosłup każdej sieci komutacyjnej, od globalnego systemu telefonicznego po internet.

W zależności od typu sieci, węzły komutacyjne mogą być znane pod różnymi nazwami, ale ich podstawowa rola pozostaje taka sama.

• Centrale telefoniczne: W tradycyjnej sieci telefonicznej (PSTN), komutują połączenia głosowe.
• Routery: W sieciach IP, takich jak internet, komutują pakiety danych.
• Przełączniki ATM: W sieciach ATM, komutują komórki o stałym rozmiarze.
• Przełącznice optyczne (OXC): W sieciach optycznych, komutują ścieżki świetlne.

Ogólna Architektura Węzła Komutacyjnego

Niezależnie od specyficznej technologii, nowoczesny węzeł komutacyjny składa się z kilku kluczowych bloków funkcjonalnych, które współpracują w celu efektywnego zarządzania i kierowania ruchem.

Wyjaśnienie Podstawowych Komponentów

• Moduły Wejściowe/Wyjściowe (i Łącza): To fizyczne punkty wejścia i wyjścia dla danych. Każde łącze wejściowe jest połączone z modułem wejściowym, a każde łącze wyjściowe jest obsługiwane przez moduł wyjściowy. Ich konkretne funkcje zależą od metody transmisji używanej na danym łączu (np. obsługa ramek SDH, pakietów Ethernet itp.).
• Pole Komutacyjne (Switching Fabric): To serce przełącznika. Jest to szybka sieć sprzętowa, która fizycznie łączy porty wejściowe z portami wyjściowymi, tworząc ścieżkę komunikacyjną dla danych przepływających przez węzeł. Podstawowym zadaniem pola komutacyjnego jest zapewnienie połączeń między wejściami a wyjściami, aby umożliwić przepływ informacji użytkownika.
• Układ Sterujący (Control Unit): Często nazywany "mózgiem" przełącznika. Ta jednostka przetwarza informacje sterujące i sygnalizacyjne, podejmuje decyzje o routingu, zestawia i rozłącza połączenia w polu komutacyjnym oraz obsługuje wszelkie błędy występujące podczas pracy. Jest to w istocie kontroler ruchu dla całego węzła.
• Układ Zarządzający (Management Unit): Ten blok obsługuje ogólną administrację węzła. Do jego obowiązków należy zarządzanie konfiguracją węzła, przeprowadzanie testów diagnostycznych, zapewnienie bezpieczeństwa systemu oraz zbieranie danych rozliczeniowych lub statystyk wydajności dla operatorów sieci.

Szczegółowe Funkcje Modułów Wejściowych i Wyjściowych

Moduły wejściowe i wyjściowe to miejsca, w których sygnał z linii fizycznej jest dostosowywany do komutacji i przygotowywany do dalszej podróży.

Funkcje Modułu Wejściowego

Gdy sygnał dociera do węzła, moduł wejściowy musi wykonać kilka kluczowych zadań, na przykładzie przełącznika ATM:

• Odbiór sygnału fizycznego: Odbiór sygnału optycznego i jego zamiana na sygnał elektryczny.
• Ramkowanie i synchronizacja: W przypadku transmisji w ramkach, jak SDH, moduł musi znaleźć granice ramki (synchronizacja bitowa i oktetowa) i przetworzyć jej nagłówek.
• Wyodrębnienie komórek: Wyciągnięcie komórek ATM z pola ładunkowego ramki transportowej wyższego rzędu.
• Analiza nagłówka: Analiza strumienia bitów w celu identyfikacji poszczególnych komórek i weryfikacji poprawności nagłówka (np. przy użyciu HEC).
• Wyszukiwanie w tablicy routingu: Indeksowanie tabeli kierowania na podstawie przychodzącego VPI/VCI w celu wyznaczenia docelowego portu wyjściowego dla komórki.

Funkcje Modułu Wyjściowego

Gdy komórka przejdzie przez pole komutacyjne, moduł wyjściowy przygotowuje ją do transmisji:

• Buforowanie: Tymczasowe przechowywanie przychodzących komórek, gdy czekają na swoją kolej do wysłania na linię fizyczną.
• Rekalkulacja nagłówka: Obliczenie nowej wartości pola Kontroli Błędów Nagłówka (HEC) na podstawie potencjalnie zmodyfikowanego VPI/VCI.
• Ramkowanie: Umieszczenie komórki z powrotem w polu ładunkowym ramki warstwy fizycznej (np. SDH).
• Transmisja fizyczna: Przekształcenie sygnału elektrycznego z powrotem na sygnał optyczny i wysłanie go na łącze wyjściowe.