Hlavní navigace

OBS - kříženec optického a elektronického přepínání

Pavel Satrapa 20. 3. 2003

Optical Burst Switching (OBS) představuje jeden možný směr rozvoje vysoce výkonných optických sítí. Kombinuje v sobě prvky optického a elektronického přepínání paketů a snaží se z obou světů převzít to nejlepší. Podle jeho autorů by se právě tímto směrem měly ubírat optické sítě v dohledné době, dokud se nepodaří vyřešit problémy čistě optických prvků.

Moderní optické síťové technologie se většinou točí kolem lambda služeb, čili přepínání vlnových délek. Nejčastější přístup vychází z přepínání okruhů – pro danou aplikaci se postaví trasa, která po dobu komunikace zůstává pevná a přenáší veškerá data. Připomíná to telefonní ústředny či permanentní okruhy (PVC) ze světa ATM. Přepínání okruhů však v kombinaci s datovými přenosy inklinuje k nízkému využití přenosové kapacity. Provoz bývá nárazový a v klidných okamžicích zeje sestavená trasa prázdnotou.

Protipólem přepínání okruhů je přepínání paketů, kdy se každý paket přepravuje samostatně a nezávisle na svých sousedech. Tento přístup je výrazně efektivnější, protože linky jsou zcela přirozeně sdíleny řadou procházejících datových toků. Jejich nárazový provoz se navzájem vykompenzuje a vyústí v cosi statisticky celkem vyrovnaného.

Problém směrování paketů spočívá v tom, že každé zařízení po cestě musí pakety analyzovat a rozhodnout, co s nimi dál. To potřebuje hromadu velmi rychlých elektronických obvodů, ale především vyžaduje, aby aktivní prvky rozuměly připravovaným paketům. Rozhodnete-li se změnit přenosový protokol, musíte adaptovat všechny aktivní prvky v síti. Pokud tou dobou potkáte ekonoma, bude vypadat asi jako Petr Čepek v Trháku.

Slibně vypadají snahy o optické směrování paketů, kdy pakety vůbec nejsou převáděny do elektronické podoby. Zůstávají v optické formě a za pomoci technologií, které zavánějí černou magií, jsou směrovány do odpovídajícího výstupního rozhraní. Hlavní problém těchto technologií spočívá v tom, že se dosud nepodařilo vyvinout rozumně funkční optickou paměť. Stávající řešení jsou zpravidla postavena na zpožďovacích vláknech a vedou k povzdechu, kam do přepínače naskládat 3.500 kilometrů optického vlákna.

Jako řešení situace, kdy elektronika pomalu končí s dechem a ekonomicky dostupné optické řešení zůstává v nedohlednu se objevila myšlenka OBS. Jeho východiskem je situace, která odpovídá dnešním velkokapacitním sítím: jednotlivé aktivní prvky jsou propojeny spoji s řadou paralelních kanálů. Ty mohou vzniknout nasazením DWDM nebo mohou mít třeba samostatná vlákna, jako při použití optických páskových kabelů.

Novátorský přístup OBS spočívá v tom, že na skupinu kanálů mezi dvojicí aktivních prvků (OBS přepínačů) pohlíží jako na sdílený zdroj. Nepřiděluje jednotlivé vlnové délky (či obecněji kanály) napevno, ale používá dočasně vždy tu, která je momentálně volná.

Jak již bylo řečeno, provoz v datových sítích typicky bývá nárazový. Například se odesílá elektronický dopis, přepravuje soubor či přenáší webová stránka. Každá z těchto aktivit vyvolá přenos rychle po sobě jdoucího shluku paketů, po němž následuje kratší či delší pauza. OBS s tímto charakterem provozu počítá a usiluje se, aby v okamžiku příchodu shluku paketů (odtud „burst“ v názvu technologie) již byla připravena trasa pro jeho přepravu.

Vyžaduje proto, aby krátce před zahájením vysílání odesilatel vyslal speciální řídicí paket, tak zvaný Burst Header Cell (BHC). Ten obsahuje následující informace:

  • kterým kanálem shluk paketů přijde,
  • jaká je jeho cílová adresa,
  • kdy bude zahájen (s jakým časovým odstupem za BHC)
  • a délku shluku.

Přepínač podle cílové adresy rozhodne, kterým rozhraním má shluk pokračovat a přidělí mu jeden z volných kanálů (vlnových délek) na tomto rozhraní. Dotyčným rozhraním také odešle pozměněné BHC, které informuje další přepínač po cestě, aby očekával přicházející skupinu paketů. V odeslaném BHC musí upravit identifikaci kanálu a také časový odstup od začátku vysílání – v závislosti na tom, jak dlouho řídicí paket zkoumal.

Zpracování BHC probíhá konvenčně, čili elektronicky. Přepínač jej přijme, analyzuje a zařídí se podle jeho obsahu. Vlastní přenos paketů však probíhá čistě opticky. V čase mezi příchodem BHC a začátkem vysílání pro něj přepínač připraví trasu. Nastaví své vnitřní mechanismy tak, aby pakety prošly z ohlášeného vstupního kanálu do odpovídajícího výstupního rozhraní a zároveň jim prostřednictvím laděného laseru změní vlnovou délku, aby odpovídala přidělenému kanálu.

Jakmile se přiženou pakety, projdou ve své optické podobě touto připravenou cestou. Přepínač je nemusí ani ukládat, ani jim rozumět. Jediné, čemu potřebuje rozumět, jsou BHC. Proto je jim vyhrazen samostatný kanál na každém spoji. Ten se nepoužívá pro žádný provoz, jen pro přenos řídicích informací. Stačí jeden až dva, protože objem řídicích informací je v porovnání s objemem přenášených dat velmi malý.

Když je shluk paketů ukončen (což přepínač pozná podle délkového údaje z BHC), vazba mezi vstupním a výstupním kanálem se zruší a výstupní kanál může být přidělen dalšímu shluku paketů.

Výsledkem je optický přenosový systém s elektronickým řízením, který nastavuje přenosové trasy dočasně vždy pro jednotlivé shluky paketů. Vyhýbá se tak neefektivitě, která vzniká při trvalé alokaci přenosového kanálu, a na druhé straně nesestavuje trasu pro každý paket samostatně, což by způsobovalo značné zdržení. Zároveň nevyžaduje vyrovnávací paměť, protože pakety přepínačem jednoduše projdou.

Problém může vzniknout, když na výstupním rozhraní není k dispozici žádný volný kanál. Pak je třeba dorazivší shluk paketů buď dočasně uložit (což ale vyžaduje vyrovnávací paměť, nejlépe optickou), nebo zahodit a ponechat řešení ztráty paketů na vyšší vrstvě síťové architektury.

V této souvislosti se sluší podotknout, že OBS nepočítá s potvrzováním vytvořené trasy. Odesilatel pošle BHC a s patřičným časovým odstupem pak odvysílá avizovaný shluk paketů v dobré víře, že trasa je připravena. Není zde možnost sdělit mu „Ještě vteřinku strpení a budeme připraveni na Vaše data, pane“.

Existují výpočty pravděpodobnosti ztráty (zahození) paketů v závislosti na počtu kanálů a velikosti vyrovnávací paměti v OBS přepínačích. Při dostatečně velkém počtu kanálů (128 či 256) dávají dostatečně optimistické výsledky i bez vyrovnávací paměti (která představuje významnou komplikaci v konstrukci zařízení).

Projekt na implementaci OBS existuje na Washington University a je podporován mimo jiné agenturou DARPA (znáte z televizní reklamy – to je ta, která nechala vymyslet Internet). V současné době prochází fází realizačního vystřízlivění, ale doufejme, že se podaří překonat dětské nemoci a vysokorychlostní síťové technologie se rozrostou o další zajímavou alternativu.

Našli jste v článku chybu?

20. 3. 2003 11:23

Stanislav Kozina (neregistrovaný)
je podporován mimo jiné agenturou DARPA (znáte z televizní reklamy - to je ta, která nechala vymyslet Internet)

:-)))
Kdepak, v televizi pry rikaji, ze Internet vymyslel Bill Gates :-)


Měšec.cz: Golfové pojištění: kde si jej můžete sjednat?

Golfové pojištění: kde si jej můžete sjednat?

Lupa.cz: Proč Stream netočí jen Kancelář Blaník?

Proč Stream netočí jen Kancelář Blaník?

Měšec.cz: Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Měšec.cz: Air Bank zruší TOP3 garanci a zdražuje kurzy

Air Bank zruší TOP3 garanci a zdražuje kurzy

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Měšec.cz: Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

DigiZone.cz: Recenze Westworld: zavraždit a...

Recenze Westworld: zavraždit a...

120na80.cz: Stoná vaše dítě často? Upravte mu jídelníček

Stoná vaše dítě často? Upravte mu jídelníček

Podnikatel.cz: Berňák kvůli EET prodlužuje otevírací dobu

Berňák kvůli EET prodlužuje otevírací dobu

Měšec.cz: Finančním poradcům hrozí vracení provizí

Finančním poradcům hrozí vracení provizí

Podnikatel.cz: Na 3. prosince se chystá protest proti EET

Na 3. prosince se chystá protest proti EET

Měšec.cz: Jak levně odeslat balík přímo z domu?

Jak levně odeslat balík přímo z domu?

Podnikatel.cz: K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

Vitalia.cz: Naučí vás péct kváskový chléb bez lepku i s lepkem

Naučí vás péct kváskový chléb bez lepku i s lepkem

Podnikatel.cz: Na poslední chvíli šokuje výjimkami v EET

Na poslední chvíli šokuje výjimkami v EET

Root.cz: Telegram spustil anonymní blog Telegraph

Telegram spustil anonymní blog Telegraph

DigiZone.cz: Milan Kruml: procházka TV historií

Milan Kruml: procházka TV historií

Vitalia.cz: Dáte si jahody s plísní?

Dáte si jahody s plísní?

Podnikatel.cz: Babiše přesvědčila 89letá podnikatelka?!

Babiše přesvědčila 89letá podnikatelka?!

120na80.cz: Rakovina oka. Jak ji poznáte?

Rakovina oka. Jak ji poznáte?