Wprowadzenie do Klasyfikacji

Pole komutacyjne to wewnętrzna sieć sprzętowa w węźle komutacyjnym, która fizycznie łączy porty wejściowe z portami wyjściowymi. Projekt i architektura tego pola są kluczowe, determinując wydajność, koszt i możliwości węzła. Aby zrozumieć te kompromisy, klasyfikujemy pola komutacyjne na podstawie kilku kluczowych kryteriów. Klasyfikacje te nie wykluczają się wzajemnie; jeden przełącznik będzie miał cechy z każdej kategorii.

Klasyfikacja ze względu na Technologię

Ta klasyfikacja odzwierciedla ewolucję technologiczną komutacji.

• Elektromechaniczne: Najwcześniejsza forma, wykorzystująca fizyczne ruchome części, takie jak wybieraki podnosząco-obrotowe i przełączniki krosowe. Były powolne, głośne i wymagały intensywnej konserwacji.
• Elektroniczne: Oparte na komponentach półprzewodnikowych, takich jak tranzystory i bramki logiczne. Przyniosło to ogromną poprawę szybkości, rozmiaru i niezawodności, stanowiąc podstawę nowoczesnej komutacji cyfrowej.
• Optyczne: Wykorzystuje światło do przełączania sygnałów bez konwersji na postać elektryczną. Technologie takie jak MEMS (mikrolustra) fizycznie kierują wiązki światła, oferując potencjalnie ogromne przepustowości, niezależne od szybkości transmisji danych.

Klasyfikacja ze względu na Porty I/O i Kierunkowość

Ta kategoria opisuje fizyczny układ oraz przepływ informacji przez pole komutacyjne.

Konfiguracja Portów

• Pole dwustronne: Posiada odrębne zbiory portów wejściowych i wyjściowych. Połączenie jest zawsze zestawiane od wejścia do wyjścia.
• Pole jednostronne: Posiada jeden zbiór portów, z których każdy może w danym połączeniu pełnić funkcję wejścia lub wyjścia.

Liczba Portów I/O ($N_1$ wejść, $N_2$ wyjść)

• Koncentrator: Więcej wejść niż wyjść $(N_1 > N_2)$. Służy do agregacji ruchu z wielu wolniejszych łączy na mniejszą liczbę szybszych łączy.
• Ekspander: Więcej wyjść niż wejść $(N_2 > N_1)$. Służy do dystrybucji ruchu z jednego źródła do wielu miejsc docelowych.
• Dystrybutor: Równa liczba wejść i wyjść $(N_1 = N_2)$. Standardowa konfiguracja do kierowania ruchu między równorzędnymi urządzeniami.

Kierunek Przepływu Informacji

• Jednokierunkowe: Przepływ sygnału odbywa się wyłącznie od wejść do wyjść.
• Dwukierunkowe: Przepływ sygnału może odbywać się w obu kierunkach. Jest to często realizowane za pomocą dwóch ścieżek jednokierunkowych (konfiguracja „czteroprzewodowa”), aby stworzyć łącze w pełnym dupleksie.

Klasyfikacja wg Właściwości Kombinatorycznych (Blokowalność)

Jest to jedna z najważniejszych klasyfikacji, definiująca, czy nowe połączenie może być zawsze zestawione przez pole. Stan blokady występuje, gdy wolny port wejściowy nie może zostać połączony z wolnym portem wyjściowym, ponieważ wszystkie dostępne ścieżki wewnętrzne są już zajęte przez istniejące połączenia.

• Pola Blokowalne: Pola, w których stany blokady mogą wystąpić przy pewnych wzorcach ruchu. Są prostsze i tańsze, ale mogą prowadzić do odrzucenia połączeń.
• Pola Nieblokowalne: Pola zaprojektowane tak, aby unikać stanów blokady. Można je dalej kategoryzować:
  • Nieblokowalne w Wąskim Sensie (SNB): To złoty standard. Ścieżkę między wolnym wejściem a wolnym wyjściem można znaleźć zawsze, bez konieczności zmiany tras istniejących połączeń.
  • Nieblokowalne w Szerokim Sensie (WNB): Połączenie jest zawsze możliwe, pod warunkiem, że używany jest określony algorytm routingu do wyboru ścieżek dla wszystkich połączeń. Algorytm ten inteligentnie przydziela ścieżki, aby zapobiegać przyszłym konfliktom.
  • Przestrajalne (RNB): Jeśli nowe połączenie jest zablokowane, zawsze można je zrealizować, zmieniając ścieżki jednego lub więcej istniejących połączeń. Jest to mniej pożądane dla ruchu w czasie rzeczywistym z powodu chwilowych przerw.

Klasyfikacja ze względu na Separację Dróg Transmisyjnych

Opisuje to, w jaki sposób różne ścieżki komunikacyjne są od siebie oddzielone podczas przechodzenia przez pole komutacyjne i jest to ściśle związane z technikami multipleksacji.

• Rozdział przestrzenny: Każde połączenie otrzymuje własną, fizycznie oddzieloną ścieżkę przez pole komutacyjne (np. określony zestaw punktów komutacyjnych). Jest to najczęstszy typ dla przełączników elektronicznych i optycznych.
• Rozdział czasowy: Wiele połączeń współdzieli te same fizyczne ścieżki, ale w różnych momentach czasu, używając przypisanych szczelin czasowych. Jest to podstawa komutacji TDM.
• Rozdział falowy: Używany w systemach optycznych. Połączenia są rozdzielane przez przypisanie im różnych długości fal (kolorów) światła, które wszystkie podróżują przez te same komponenty optyczne.
• Rozdział kodowy: Połączenia współdzielą tę samą przestrzeń i czas, ale są rozdzielane za pomocą unikalnych kodów ortogonalnych (podobnie jak w CDMA).