И. А. НИКОЛАЕВ, А. С. ВОЛОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПОСТРОЕНИЕ КОНВЕРТЕРОВ КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ
НА ОСНОВЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПАКЕТНЫХ ПРОЦЕССОРОВ
В докладе описывается концепция построения конвертеров канального уровня сетевой иерархии OSI, предназначенных для обеспечения объединения удаленных локальных сетей Ethernet, а так же для подключения абонентов к сети Internet через различные среды передачи данных.
Неоспоримым фактом является то, что сегодня сети Ethernet получают все более широкое распространение. Все современные компьютеры и большое количество других устройств оснащены интерфейсом Fast Ethernet 10/100BASE-TX или Gigabit Ethernet. Такому широкому распространению технологии Ethernet способствует ее надежность, достаточно высокая скорость передачи данных, а так же низкая стоимость электронных компонентов, необходимых для реализации интерфейса Ethernet в различных электронных устройствах.
Технология Ethernet не является единственной сетевой технологией; следовательно, возникает необходимость сопряжения Ethernet с другими инфраструктурами передачи данных. В частности, Ethernet не всегда обеспечивает достаточной удаленности различных объектов сети, вследствие чего возникает проблема “последней мили” и необходимость иметь устройства сопряжения (конвертеры, модемы), позволяющие передавать кадры Ethernet, например, по телефонной линии при помощи различных DSL-технологий. Еще одной распространенной задачей является сопряжение сетей Ethernet с сетями синхронной и плезиосинхронной цифровой иерархии PDH/SDH. Эта задача так же, как и проблема “последней мили”, решается при помощи специальных конвертеров интерфейсов.
С точки зрения аппаратной реализации у конвертеров, решающих описанные задачи, есть общая черта: все они должны выполнять преобразование последовательного синхронного интерфейса в интерфейс MII или RMII, которым в соответствии со стандартами Ethernet, оснащены все выпускаемые серийно приемопередатчики (PHY) Ethernet. При этом, как правило, кадры Ethernet инкапсулируются в кадры HDLC, которые передаются через последовательный синхронный интерфейс.
Наиболее распространенным подходом при разработке подобных конвертеров является использование коммуникационных контроллеров, которые представляют собой микропроцессорное ядро (обычно ARM или PowerPC) и набор периферийных устройств, реализующих различные коммуникационные интерфейсы на одном кристалле. Недостатком подобного подхода является ограничение по производительности микропроцессорного ядра, которое несет нагрузку как по обработке в режиме реального времени поступающих кадров Ethernet и HDLC, так и по обслуживанию функций операционной системы. Недостаток производительности начинает проявляться даже при сравнительно небольших скоростях последовательного интерфейса при наличии в потоке данных большого количества коротких кадров Ethernet, что особенно характерно для передачи аудио и видео информации.
Другой подход к реализации конвертеров канального уровня заключается в использовании специализированного пакетного процессора с аппаратной реализацией преобразования кадров Ethernet в HDLC. Такой процессор выполняет единственную функцию – инкапсуляцию кадров Ethernet в кадры HDLC и максимально оптимизирован для выполнения этой задачи. Пакетный процессор не предназначен для выполнения широкого круга задач, имеет жесткий неизменяемый микрокод и не вызывает необходимость отрабатывать функции операционной системы. Таким образом, достигается максимальная производительность и исключаются недостатки традиционного подхода к реализации конвертеров канального уровня. Именно этот подход был выбран при разработке серии конвертеров, выпускаемых в настоящее время компанией NSGate под маркой qBRIDGE. Серия конвертеров включает в себя около десятка моделей, обеспечивающих объединение локальных сетей посредством различных DSL технологий и интерфейсов цифровой иерархии PDH/SDH (E1, E2, E3). Данная серия конвертеров обеспечивает максимальную производительность и надежность, что важно на ответственных участках сети, где недопустимы сбои оборудования.
Описанный выше подход наряду с достоинствами обладает и недостатком, а именно отсутствием гибкости при необходимости поддержки совместимости с оборудованием других производителей, которые могут использовать различные модификации протокола HDLC.
Список литературы
1. MACOH-E Enhanced version of MAC Over HDLC Packet Forwarding Engine Version 1.0,
Jan, 2002.
