Различие между коммутатором и маршрутизатором

Сетевой коммутатор (жарг. свич, свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие отконцентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адресFF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном (2) уровне модели OSI и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Коммутаторы работают таким же образом, как и концентраторы, но при этом могут определить место назначения полученных данных, поэтому передают их только тем компьютерам, которым эти данные предназначаются. Коммутаторы могут получать и передавать данные одновременно, поэтому они работают быстрее концентраторов. Если в домашней сети насчитывается четыре и более компьютера или требуется использовать сеть для действий, предполагающих обмен большими объемами информации между компьютерами (например, для участия в сетевых играх или совместного прослушивания музыки), возможно, следует выбрать коммутатор вместо концентратора. Коммутаторы стоят немного дороже концентраторов.

 

Маршрутиза́тор (проф. жарг. ра́утер (от англ. router /ˈɹu:tə(ɹ)/ или /ˈɹaʊtəɹ/^[1], /ˈɹaʊtɚ/) или ро́утер (прочтение слова англ. router как транслитерированного)) — сетевое устройство, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.

Маршрутизаторы делятся на программные и аппаратные. Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI, нежели коммутатор и сетевой мост.

бычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.

 

 

Маршрутизаторы позволяют компьютерам обмениваться данными как в текущей сети, так и между двумя отдельными сетями, например между домашней сетью и Интернетом. Маршрутизаторы получили свое название благодаря возможности направлять сетевой трафик по определенному маршруту. Маршрутизаторы могут быть проводными (с использованием Ethernet-кабелей) или беспроводными. Если требуется просто соединить компьютеры, концентраторы и коммутаторы будут идеальным решением. Однако если необходимо предоставить всем компьютерам доступ к Интернету с помощью одного модема, используйте маршрутизатор или модем со встроенным маршрутизатором. Кроме того, маршрутизаторы обычно содержат встроенные компоненты обеспечения безопасности, например брандмауэр. Маршрутизаторы стоят дороже, чем концентраторы или коммутаторы.

53.

Линейные эффекты

Наиболее распространенным линейным эффектом пока является затухание — ослаб­ление сигналов при их распространении вдоль оптического кабеля. Чтобы понять важ­ность учета затухания при разработке волоконно-оптических кабелей, давайте вновь вернемся к рис. 3.9. Обратите внимание на очень высокое затухание в области первого волнового диапазона и значительно более низкий его уровень в области высших диапа­зонов. Такое поведение затухания заставило производителей волоконно-оптических кабелей начать поиск иных, кроме многомодовых кабелей, средств передачи сигналов в области нижних уровней ослабления сигнала.

Большая величина затухания при меньших длинах волн обусловлена, главным обра­зом, явлением, называемым рэлеевским рассеянием (по имени английского физика лорда Рэлея (Rayleigh)), и в меньшей степени — поглощением световых волн. Для выражения результатов измерений в обоих случаях используются децибелы.

При столкновении фотонов с атомами высвобождаются дополнительные фотоны, порождающие световое излучение. Этому сопутствуют два других эффекта. Часть све­товой энергии поглощается, а часть — рассеивается (см. рис. 4.5).

Когда на пути света встречаются частицы, диаметр которых меньше длины световых волн, они направляют часть света в других направлениях. Причиной этого эффекта в оптических волокнах являются незначительные вариации плотности стекла, возникаю­щие в процессе его охлаждения.

Нежелательные последствия рассеяния сильнее всего проявляются при коротких длинах волн. Так происходит потому, что рэлеевское рассеяние является функцией раз­меров рассеивающего объекта, отнесенных к длине волны, и именно по этой причине оптическая связь ограничивается длинами волн свыше 800 нм. Эффективной связи на более коротких длинах волн препятствует рассеяние.

Рассеяние — не единственное явление, происходящее в рассматриваемых условиях. Наша способность различать цвета объясняется другим явлением — поглощением, а так­же, заходя немного далее, отражением света объектами. Количество поглощаемого све­та определяется свойствами конкретного вещества и длиной световой волны. Обычное стекло поглощает сравнительно мало света и потому кажется прозрачным. Решающим шагом в развитии производства кремнеземов высокой чистоты, идущих на изготовле­ние оптоволоконных кабелей, было исключение из них некоторых примесей, которые приводили к повышению степени поглощения.

 

Рэлеевское рассеяние

КОММЕНТАРИИ ДОКТОРА ЧОКА ПО ПОВОДУ ~ ПОГЛОЩАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТОВ

Все объекты поглощают свет, но как рассчитать степень поглощения? Если на свет влияет только поглощение, используйте следующее уравнение:

(1 -.

где;

а — доля света, поглощаемая единицей длины волоконно-оптического кабеля, Р — длина кабеля.

 

Итак, если степень поглощения кабеля составляет 0,5 %, то доля света, продолжающего распространяться после прохождения 1 м (100 см) должна составлять:(1 - 0.005)¹⁰⁰ = 61 %.

Децибелы - что это такое?

Совокупный эффект поглощения и рассеяния определяет суммарные потери, или ослабление, светового потока и выражается в децибелах. Децибелы (дБ) — специфичес­кие единицы измерения, поскольку они выражают величину эффекта лишь косвенным образом. Потери величиной 5 дБ означают, что от первоначальной мощности остается немногим более 32 %, а потери в 10 дБ — только 10 % (см. таблицу

54, 55. Типы волоконно-оптических кабелей

Игру, которая выпадает на долю оптики в волоконно-оптических кабелях, можно было бы назвать «Передай сигнал подальше без потери четкости световых импульсов». Возникающие при этом трудности носят двоякий характер. Во-первых, в силу целого ряда причин сигналы при их прохождении вдоль волокон ослабляются или искажаются. Во-вторых, высококачественные компоненты, необходимые для соединения волокон не­большого диаметра, обладающих улучшенными характеристиками, дороги. Влияние этих факторов привело к появлению двух основных типов оптических кабелей — многомо-довых и одномодовых, а также нескольких их подтипов. Каждый из них подчиняется различным стандартам, устанавливающим диапазоны изменения переменных величин (для получения более подробной информации обратитесь к Приложению).

 

В корпоративных сетях главным образом используются многомодовые волоконно- оптические кабели. Для этих кабелей характерен относительно большой диаметр цент­ральной жилы (50 или 62,5 мкм), и они могут применяться на расстояниях примерно до одного километра. Увеличенный диаметр светопроводящей жилы позволяет импульсам использовать множество путей, или мод, для распространения по волоконно-оптичес- кому кабелю (см. рис. 4.3). Существует два типа многомодовых оптоволоконных кабе­лей, характеризуемых, соответственно, ступенчатым или плавным профилями показа­теля преломления. В оптоволоконных кабелях со ступенчатым профилем показателя преломления значение Ш одинаково по всему диаметру центральной жилы, и они в настоящее время редко используются. Оптоволоконные кабели с градиентным профи­лем показателя преломления обеспечивают передачу сигналов на значительно большие расстояния за счет того, что значение Ы в них плавно увеличивается при перемещении по диаметру центральной жилы от ее края к центру, где достигает максимума, а затем вновь плавно уменьшается при приближении к периметру кабеля (см. рис. 4.4).

РИСУНОК 4.3

Большие размеры центральной жилы многомодового волоконно-оптического кабеля допускают существование множества световых траекторий, называемых модами, по которым свет может распространяться вдоль волокна.

 

 

РИСУНОК 4.4

В отличие от волоконно-оптических кабелей со ступенчатым профилем показателя преломления, значения Ш в кабелях с градиентным профилем при приближении к центру увеличиваются, что позволяет лучам различных мод одновременно прибывать в конечную точку.

 

КОММЕНТАРИИ ДОКТОРА ЧОКА ПО ПОВОДУ... ГРАНИЧНОЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ

При определенной длине волны, называемой граничной длиной вол- (cut-off wavelength), оптические волокна становятся одномодовыми. Волны с меньшей

длиной волны распространяются в режиме многомодовой передачи. Для определения точки перехода волокна в одномодовый режим используется следующее уравнение:

7Ю\ п² - п²

1 1

2.4

где:

X — длина волны (произносится «лямбда») О — диаметр волокна

п_о — показатель преломления (1*1) центральной жилы п,— показатель преломления (1*1) плакировки

Предположим, что диаметр центральной жилы оптического волокна составляет 8 мкм, значение 1*1 для плакировки — 1,485 и для центральной жилы - 1,5; тогда формула приоб­ретает вид:

_х= _7С8Х10³\| 1.5² — 1.485²

2.4

в результате чего для граничной длины волны получаем значение 1281 нанометра. Лю­бые волны, длина которых в данном кабеле составляет менее 1281 нанометра, будут передаваться в режиме многомодовой передачи.

В сетях общего пользования используются одномодовые волоконно-оптические ка­бели. Центральные жилы этих кабелей имеют намного меньший диаметр (6-8 мкм), что ограничивает число возможных мод при данной длине волны, благодаря чему обеспе­чивается-намного большая дальность связи, достигающая 50 км.

При сужении центральной светопроводящей жилы кабеля часть энергетических им­пульсов начинает распространяться не только по ней, но и по плакировке. Поэтому, когда речь заходит об одномодовых волоконно-оптических кабелях, понятие диаметра центральной жилы становится неоднозначным. Вместо этого производители использу­ют понятие «диаметра поля моды» (mode field diameter), которое относится не только к центральной жиле оптического кабеля, но и к части плакировки, выход за пределы ко­торой приводит к ухудшению рабочих характеристик кабеля. Поскольку эту величину трудно строго определить, упоминаемые разными производителями значения диаметра поля моды могут отличаться друг от друга. Типичное значение модового диаметра поля для длины волны 1550 нм составляет 9,2-10 мкм.

Одномодовые волоконно-оптические кабели делятся на два широких класса — во­локно с несмещенной дисперсией (non-dispersion shifted fibers — NDSF) и волокно со смещенной дисперсией (dispersion shifted fibers — DSF). Для повышения дально­сти передачи данных кабели NDSF, или стандартные одномодовые кабели, имеют сту­пенчатый профиль показателя преломления центральной светопроводящей жилы. В ка­белях DSF характеристики волокна изменяются таким образом, чтобы можно было воспользоваться определенными его свойствами, уменьшающими ослабление сигна­лов. В кабелях со смещенной нулевой дисперсией (zero-dispersion-shifted fibers — ZDSF) показатель преломления RI изменяется таким образом, чтобы исключить дисперсию сигнала. В кабелях со смещенной ненулевой дисперсией (non- zero-dispersion-shifted fibers — NZDSF) вводится номинальная степень дисперсии, обеспечивающая возмож­ность реализовать плотное волновое мультиплексирование (плотное мультиплекси­рование по длине волны) (dense wave-division multiplexing — DWDM), с лучшими из усилителей — оптический усилитель на волокне, легированном эрбием (erbium-doped fiber amplifiers — EDFA). Были также разработаны специальные виды одномодовых волоконно-оптических кабелей, предназначенные для компенсации специфических дисперсионных эффектов, возникающих в одномодовых волокнах. Противодисперси- онные (dispersion-limiting) кабели используются для борьбы с хроматической диспер­сией. В поляризационных (polarization) кабелях показатель преломления RI изменяет­ся таким образом, чтобы обеспечивалась компенсация еще одного нежелательного дисперсионного эффекта, называемого поляризационной модовой дисперсией (polarization mode dispersion — PMD). Явление PMD будет рассмотрено более подроб­но далее в этой главе.

56. Существует три основных модели, в рамках которых определяются используемые форматы адресации и способ функционирования упомянутого «почтальона». Самым простым для понимания является, пожалуй, мультиплексирование с разделением длин волн (wave-division multiplexing — WDM), которое также называют мультиплексирова­нием с разделением частот (frequency-division multiplexing), применяемое в мире анало­говой связи. В модели WDM сеть рассматривается как последовательность двухточеч­ных соединений, и передача по ней различных сигналов осуществляется с использованием различных длин волн. Эти сигналы попадают в мультиплексор с разде­лением волн или частот, в котором они смешиваются и все вместе направляются по единственному кабелю (см. рис. 2.8).

Если провести аналогию, то WDM напоминает ситуацию, в которой к каждому дому приписан отдельный почтальон, — эффективно, но очень дорого, и кроме того при боль­шом количестве почтальонов интенсивность их движения возрастет и они будут препят­ствовать друг другу. То же самое происходит и в сети WDM. Доступным для сети ока­зывается лишь некоторое число каналов, при превышении которого они начнут создавать взаимные помехи.

Четырехволновое смешение

По мере того как провайдеры стали переходить к использованию механизмов EDFA и DWDM, еще одно явление привлекло к себе внимание и, в конечном счете, привело к отказу от использования кабелей ZDF в сетях общего пользования — четырехволновое смешение (four-wave mixing). И EDFA, и DWDM — оба используют третий диапазон передачи. В EDFA сигнал усиливается невзирая на шум или иные факторы, создающие помехи, а оборудование DWDM разделяет линию на несколько узких каналов, отделен­ных друг от друга участками полосы пропускания фиксированной ширины. Данные передаются по каждому из этих подканалов, в результате чего производительность ли­нии увеличивается.

Проблема состоит в том, что в результате комбинирования двух или трех сигналов может создаваться третья или даже четвертая волна (отсюда и название). В тех случаях, когда каналы отделены друг от друга эквидистантными частотными интервалами, эта новая волна вызывает перекрестные помехи, «садясь» на существующий канал. Если же промежутки, отделяющие каналы друг от друга, имеют разную ширину, то четырехвол­новое смешение вызывает появление шумов между каналами.Как это ни парадоксально, избавиться от этой проблемы можно с помощью хрома­тической дисперсии. На выходе лазеров, используемых в одномодовых системах пере­дачи данных, получается когерентное световое излучение, в котором сигналы находят­ся в фазе по отношению друг к другу. Поэтому, когда сигналы распространяются вдоль волоконно-оптического кабеля и в конечном счете комбинируют между собой, они об­разуют новую волну. Этому эффекту противодействует дисперсия, обеспечивающая ус­ловия, при которых согласованность фаз сигналов не может сохраняться после прохож­дения ими больших расстояний. Применительно к волоконно-оптическим кабелям ZDF проблема усугубляется тем, что в этом случае предприняты меры к устранению диспер­сии как раз в тех диапазонах, в которых работают DWDM и EDFA. Именно в связи с рассматриваемой проблемой и появились кабели NZDF, допускающие наличие умерен­ного проявления дисперсии в оптоволоконном кабеле.

57. Хотя методы оптической коммутации являются довольно новыми, сама идея комму­тации довольно стара и базовая архитектура для проектирования систем коммутации в основном осталась неизменной. Простейшими коммутаторами являются оптические кросс-соединители (optical crossconnects — ОХС), которые получают данные на один входной порт и коммутирует их на два или более выходных порта.

Существует два типа кросс-соединителей, или, выражаясь техническим языком, про­странственных (space-division) коммутаторов: транспозиционные (permutation) и обще­го типа (generalized). Транспозиционные коммутаторы состоят из соединений типа «один- один» между различными портами. Соединения типа «один-множество» невозможны; полное число соединений определяется суммарным количеством попарных комбинаций конечных точек, отсюда и название коммутаторов этой категории — транспозиционные (см. рис. 6.3).

Выходные порты С D Е F

РИСУНОК 6.3

В транспозиционных коммутаторах допустимы лишь соединения типа «один-один».

Выходные порты ABCDEFGH

					► ' j i	i |
					*— ♦ 1 j i
					► + i
					T
		—н	}i	Ь—	►—Ф-—<
			>? 1 1 5!	:

 

РИСУНОК 6.4

В коммутаторах общего типа возможен любой тип соединения: «один-один» (8-Н), «один- множество» (3-А, В, D и С) и «множество-один» (5 и 6-Е).

В то же время, коммутаторы общего типа могут соединять один входной порт с мно­жеством выходных или же множество входных портов с одним выходным. В результате число различных возможных вариантов соединения увеличивается (см. рис. 6.4). Даль­нейшим шагом являются специальные коммутаторы, называемые линейными делителя­ми-объединителями (linear divider-combiner — LDC), которые позволяют телефонным компаниям распределять входную мощность между выходными портами для обеспече­ния улучшенных характеристик затухания.

КОММЕНТАРИИ ДОКТОРА ЧОКА ПО ПОВОДУ... КОММУТАТОРОВ

Интересно ли вам узнать, какое полное число различных вариантов со­единений позволяют обеспечивать транспозиционные коммутаторы и коммутаторы общего типа. Определить это число довольно легко. Количество соединений, которые способен поддерживать транспозиционный коммутатор с конфигурацией портов лхл, выражается факториальной функцией: л!. Это является следствием того, что транспозиционные ком­мутаторы поддерживают лишь соединения типа «один-один». Поэтому для коммутаторов с конфигурацией 8x8 портов всего получаем 8x7x6x5x4x3x2x1 или 40320 различных соединений.

Вам кажется, что это много? Тогда что вы скажете о коммутаторах общего типа! По­скольку в этом случае допускаются соединения типа «один-множество» и «множество- один», то полное возможное количество соединений оказывается гораздо большим. Для коммутатора с числом входных и выходных портов равным, соответственно, л и у коли­чество состояний соединения выражается формулой: 2^пу, что в нашем конкретном слу­чае, для которого л = у = 8, составляет 18446744073709551616.Кроме того, коммутаторы общего типа и LDC могут не выпускать сигнал наружу, тогда как в случае транспозиционных коммутаторов это невозможно. Это означает, что сети, включающие в себя транспозиционные коммутаторы, могут быть очень запутан­ными, и возможность образования вследствие этого непреднамеренных соединений может доставить много головной боли. Например, в случае сетей WDM для некоторых волновых каналов замкнутые маршруты могут образовывать кольца. Во многих сетях WDM используются усилители, и эти усилители являются источником шумов, хотя эти шумы и небольшие. В случае образования колец шумы накапливаются и очень быстро нарастают, интерферируя с другими волновыми каналами или отбирая от них мощность.

Основные конструкционные типы коммутаторов

При создании оптических коммутаторов применяют два подхода. Для более просто­го из них характерно использование координатных (матричных) коммутаторов, пред­ставленных на рис. 6.3 и 6.4. Линии входных и выходных портов, пересекаясь друг с другом, образуют своего рода сетку. В случае электронных переключателей перемычки могут быть выполнены в виде печатных схем с использованием электронных вентилей. В основе оптических коммутаторов лежит та же идея, только вместо электронных вен­тилей используются оптические ответвители (optical couplers). Управляя положением этих ответвителей, удается соединять между собой различные порты.

В случае координатных коммутаторов наибольшие сложности связаны с наличием большого числа точек пересечения. Для коммутаторов, рассчитанных на 100 входных и 100 выходных портов (не столь уж необычная для центральной части сети ситуация), результирующее число пересечений составляет 100² или 10000. Для каждого из этих пе­ресечений требуется делитель (splitter) или объединитель (combiner), что увеличивает стоимость системы.

Все это является достаточно хорошим основанием для использования координатных коммутаторов небольшой емкости в качестве конструкционных элементов при разра­ботке коммутаторов увеличенной емкости. В случае коммутаторов подобного конструк­ционного типа, называемого архитектурой Клоза (Clos architecture), имеется три яруса соединений. Входные порты подключены к одному набору координатных коммутато­ров, а выходные — к другому, и оба набора подключены к третьему (см. рис. 6.5).

РИСУНОК 6.6

Пример рекурсивного соединения в коммутаторе Бенеша.

 

В случае транспозиционных коммутаторов конструкция Клоза может быть введена в коммутационную структуру Бенеша (Benes switch fabric), в которой для обеспечения произвольных комбинаций используются коммутаторы конфигурации 2 х 2. В общих чертах, идея заключается в том, чтобы одна половина портов любого из промежуточ­ных коммутаторов, расположенная с одной стороны коммутатора, играла роль входных портов, а вторая, расположенная с другой стороны, — выходных (см. рис. 6.6).

Промежуточные коммутаторы в свою очередь могут быть разбиты на две группы и так далее до тех пор, пока вся схема не будет представлена соединителями 2x2 (см. рис. 6.7). Несмотря на то что архитектура Бенеша близка к оптимальной в отношении использования аппаратных средств, разработчики коммутаторов предпочитают исполь­зовать коммутирующие элементы большей чем 2x2 размерности, иначе с определен­ного момента начинают возникать сложности с масштабированием.

Коммутаторы LDC и коммутаторы общего типа используют сходные архитектуры. Коммутаторы общего типа используют координатную схему, но число коммутирующих элементов в них больше. Так происходит потому, что они могут поддерживать более сложные соединения, чем «один-один». В то же время, координатным коммутаторам свойственно ослабление сигналов, происходящее на каждой из стадий двухстадийного процесса разделения и объединения сигналов. В LDC с этой проблемой удается спра­виться за счет введения энергетически управляемого разделения и объединения (power- dividing and power-combining) сигналов.

Блокировать иль не блокировать...

Производители коммутаторов часто приводят характеристики блокирования выпус­каемых ими изделий. То, что при этом имеется в виду, легко понять, если представить себе двухплечевой механический коммутатор старого образца, который соединяет пор­ты, расположенные по обе стороны устройства. Любой порт может сообщаться с любым другим портом, но, в зависимости от скорости работы коммутирующего элемента, мо­жет оказаться так, что некоторые соединения не удастся организовать, и они окажутся блокированными (см. рис. 6.8).

РИСУНОК 6.7

Коммутатор Бенеша с конфигурацией портов 8x8.

 

Существует три категории неблокирующих коммутаторов, которые различаются сте­пенью сложности аппаратной части, легкостью управления и влиянием, оказываемым ими на само соединение. В перестраиваемых неблокирующих коммутаторах (rearrangeably nonblocking switches) имеющиеся соединения при необходимости перемещаются, чтобы сделать возможным создание нового соединения. Коммутаторы N х N относятся к чис­лу перестраиваемых неблокирующих коммутаторов. Определение маршрута по комму­тационной матрице с помощью необходимых логических схем не всегда просто осуще­ствить. Для организации нового соединения может потребоваться прервать некоторые из существующих соединений. Вследствие этого аппаратная часть подобных коммута­торов является сравнительно простой, но сложность управления — весьма высокой, а воздействие на соединения — значительным.

РИСУНОК 6.8

Свойства блокирования характеризуют возможности коммутатора в обеспечении соединений одновременно для всех портов. Так, представленный на рисунке координатный коммутатор старого образца может обеспечивать в каждый момент времени только одно соединение.

Неблокирующие коммутаторы в широком смысле, такие как коммутаторы с архитек­турой наподобие архитектуры Клоза, позволяют избежать переустановки существующих соединений, но лишь в том случае, если для маршрутизации новых соединений приме­няются корректные правила. Реализация этих сложных дополнительных функций и ал­горитмов маршрутизации требует наличия дополнительного оборудования, но не затра­гивает существующие соединения.

Неблокирующие коммутаторы в строгом смысле, такие как коммутаторы с архитек­турой Клоза и Бенеша, позволяют избежать использования сложного оборудования для перестройки существующих соединений и маршрутизации нового соединения. Для но­вых соединений может быть использован любой свободный маршрут. Однако платой за это является увеличение общего количества оборудования по сравнению с тем, которое должно использоваться в коммутаторах предыдущего типа.

Таблица 6,1 Достоинства неблокирующих коммутаторов

Тип	Стоимость оборудования	Сложность алгоритма соединения	Степень воздействия на существующие соединения
Перестраиваемые	Низкая	Высокая	Высокая
Неблокирующие в широком смысле	Средняя	Высокая	Низкая
Неблокирующие в строгом смысле	Высокая	Низкая	Низкая

 

Для каждого из описанных подходов имеется свой круг задач. В случае сетей, требу­ющих установления и разрыва многочисленных соединений, как это имеет место в цен­тральной части общегородских сетей, использование перестраиваемых архитектур, а также неблокирующих архитектур в широком понимании этого термина сопряжено с резким ростом объема сложных вычислений. В тех же случаях, когда число используе­мых соединений невелико, как, например, в случае междугородней связи, применение этих архитектур может стать вполне распространенной практикой.

58. Любая из столь захватывающих и удивительных современных технологий может быть использована в наши дни для создания оптических коммутирующих элементов. В то же время, основная идея остается неизменной: как добиться того, чтобы в результате при­ложения энергии в той или иной ее форме световой сигнал можно было заставить рас­пространяться в нужном направлении. К подобного рода технологиям относятся: микроэлектромеханические системы (microelectromechanical systems — MEMS), оптоме- ханические, термооптические, пузырьковые, жидкокристаллические и акустооптичские коммутаторы, а также электрически коммутируемые решетки Брэгга. Каждая из них будет рассмотрена нами по отдельности.

58.MEMS

Представьте себе огромное зеркальное ателье размером со складское помещение, заполненное сотнями, если не тысячами зеркал. Вы входите в ателье, и ваше изображе­ние моментально проецируется на зеркала, расположенные на другом конце ателье.

В MEMS-коммутаторах реализован примерно тот же принцип работы, только в на­много меньших масштабах. При использовании технологии MEMS на одной подложке размещаются сотни миниатюрных зеркал, которые могут переориентироваться в тече­ние нескольких миллисекунд. Оптические сигналы, ударяющиеся в эти зеркала, отра­жаются от них и направляются в соответствующий выходной порт.

MEMS-коммутаторы выпускаются в двух-, трех- и четырехплоскостном вариантах исполнения. В двухплоскостных MIMS-коммутаторах зеркала могут резко подниматься и'опускаться (см. рис. 6.9). В трехплоскостных коммутаторах свет может направляться в трех различных направлениях, а в четырехплоскостных свет может коммутироваться между портами, расположенными со всех четырех сторон.

Плоскость 3

Плоскость 2

Плоскость 1

Четырехплоскостная конфигурация

обеспечивает коммутацию между портами плоскостей 1 и 2, а кроме того, когда зеркала не активизированы, позволяет сигналам распространяться между портами плоскостей 2 и 3, а также 1 и 4.

, _с Плоскость4

Плоскость 2

Плоскость 1

Двухплоскостная конфигурация

обеспечивает коммутацию между портами плоскостей 1 и 2.

Плоскость 1

Трехплоскостная конфигурация

обеспечивает коммутацию между портами плоскостей 1 и 2, а также, когда зеркала не активизированы, позволяет сигналам распространяться между портами плоскостей 2 и 3.

 

РИСУНОК 6.9

Примерные конфигурации MEMS (публикуется с любезного разрешения компании ОММ Inc., Сан- Диего, Калифорния).

В случае коммутаторов рассматриваемого типа имеются определенные сложности, о которых следует знать. Возможно, наибольшей из них является проблема долгосрочной надежности. Никогда нельзя быть уверенным в том, как только выдержат отдельные зер­кала до того, как наступит их износ и они потеряют способность к точному позициони­рованию.

Много хлопот доставляет также потеря мощности сигналов. Для MEMS характерны потери величиной в несколько децибел при прохождении сигнала через коммутатор. Чтобы вы могли почувствовать порядок этой величины, заметим, что потерям на уровне пятидецибел соответствует мощность сигнала, составляющая 32 % от первоначальной. В отно­шении последних разработок MEMS утверждается, что удалось создать устройства, харак­теризующиеся значительно меньшими потерями величиной порядка 1 и менее децибел.

Наконец, пока не удается обеспечить высокую плотность портов. Хотя и существу­ют коммутаторы с конфигурацией свыше 16 х 16 портов, достигается это за счет ухуд­шения надежности. Сложной задачей остается также управление углом отражения сиг­нала — эта технология все еще находится в стадии разработки.

59,60,61,62,63. Оптомеханические коммутаторы

В одном из подходов, напоминающем технологию MEMS, для переадресации сиг­налов из одного порта в другой используется подвижный отрезок волоконно-оптичес- кого кабеля. Для фокусировки сигнала на каком-то определенном выходном порте в коммутаторах этого типа, называемых оптомеханическими коммутаторами, применяет­ся механический ползунок, который перемещает отрезок волоконно-оптического кабе­ля или иного аналогичного компонента. Зафиксировав этот компонент в нужном поло­жении, можно направлять свет из входных портов в выходные (см. рис. 6.10).

Несмотря на простоту самой идеи, ее использование для создания оптомеханичес- ких коммутаторов предъявляет высокие требования к производственному процессу. Передвижение коммутирующих компонентов должно контролироваться с высокой точ­ностью. Даже незначительные отклонения сигнала от нужного направления могут при­вести к нарушениям нормального режима работы.

И все же оптомеханические методы коммутации находят широкое применение, по­скольку их проще всего реализовать. Часто они используются в тех случаях, когда осу­ществлять коммутацию приходится не очень часто, например, с целью организации обхода сбойных компонентов. Этот тип оптической коммутационной технологии при­меняется также в некоторых видах испытательного оборудования.

— I— ■■		1 •
I	• • •		• • •	Г
I 1 I 1

РИСУНОК 6.10

Оптомеханический коммутатор.

 

Электрооптические и термооптические коммутаторы

Применение электрооптического эффекта позволило поставщикам компонентов со­здать быстродействующие, хотя и допускающие лишь небольшое количество портов, коммутаторы. Суть электрооптического эффекта состоит в том, что при изменении на­пряженности приложенного электрического поля показатель преломления (Ы) некото­рых материалов также изменяется, причем эти изменения воздействуют на скорость

5 Зыс.774 распространения света почти немедленно. Поскольку скорость света в веществе равна скорости света в вакууме, деленной на RI, увеличение RI приводит к уменьшению ско­рости света, а уменьшение R1 — к увеличению.

Электрооптические коммутаторы состоят из двух соединителей, имеющих активные участки, расположенные в середине одного или обоих соединений (см. рис. 6.11). При­кладывая к одному из участков электрическое поле, фазу света можно изменить на 180? и направить его в другой порт. Прилагая к обоим участкам поля сравнимой величины, можно перемещать сигналы из одного порта в другой.

Огромным преимуществом использования электрооптического эффекта является достигаемая при этом высокая скорость коммутации. Вместе с тем, при масштабирова­нии возникают сложности. Электрооптическая технология эффективна в случае комму­таторов с конфигурацией портов 2 х 2, но создание коммутаторов большей размерности сопряжено с

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: