Быстрая коммутация пакетов (БКП) (англ.FPS - Fast Packet Switching) — упрощённая коммутация пакетов по виртуальным соединениям при использовании цифровых трактов передачи с малым уровнем двоичных ошибок, меньшим, чем у «шумящих» аналоговых телефонных каналов с параметрами 1 ошибочный бит на 1000—100000 переданных бит[1][2]. БКП лежит в основе ряда современных цифровых широкополосных пакетных систем.
для интерактивных служб, например, речи и видео, имеющих некоторую избыточность, пакеты с ошибками повторно не передаются ни на одном уровне ЭМВОС, а просто отбрасываются[4]. Возможно также отбрасывание пакетов без ошибок, но с чрезмерной задержкой следования через сеть связи[4][5].
В результате указанных упрощений продвижение пакетов через сеть стало возможным реализовать аппаратным образом, с помощью двоичной схемотехники. Это позволяет достигать высоких скоростей передачи и коммутации на сети с БКП. Установление самих виртуальных соединений выполняется обычным образом, то есть, с применением процессорного ресурса.
В 1979 году П. Кермани и Л. Клейнрок опубликовали работу[6], в которой предложили и путём математического моделирования исследовали новый в то время способ коммутации пакетов (англ.Virtual Cut-Through), где пакет передавался далее по сети сразу после получения его заголовка. Таким образом, при небольшой загрузке сети такой способ по значениям задержки передачи приближался к коммутации каналов, а при высокой — к обычной коммутации пакетов, поскольку при занятости исходящего канала пакет приходилось принимать полностью и ставить в очередь в буфер. Предложенная техника коммутации предусматривала восстановление пакетов с выявленными ошибками за счёт повторной передачи. Инициировать её должен был узел сети (например, оконечный на приёме) с соответствующими функциями, и не работающий при этом в режиме Cut-Through, то есть, он должен был принимать пакеты целиком.
Одной из первых разработок в области БКП была система Джонатана Тёрнера[7], защищённая рядом патентов США. В 1977—1983 годах Тёрнер работал в Лабораториях Белла, штат Иллинойс, и в 1981—1983 годах был главным разработчиком системы БКП переменной длины для совместной передачи речи и данных[4]. В этой системе основной режим работы был ориентирован на передачу пакетов по виртуальным соединениям. Максимальная длина пакета могла составить 144 октета (144x8=1152 бита). При необходимости была предусмотрена и поддержка дейтаграммного режима работы. Коммутаторы предполагалось подключать к системам передачи T1 (1,544 Мбит/с). Система БКП была подробно разработана: так, двоичное самомаршрутизирующее многоярусное коммутационное поле (КП, англ.SF - Switch Fabric) имело 10 ярусов, 1024 порта и состояло приблизительно из 1.300 СБИС. Через КП пакеты передавались со скоростью 12 Мбит/с, то есть, в 8 раз быстрее, чем через внешние системы T1. Таким образом, по расчётам Тёрнера, при загрузке систем T1 на 85 %, загрузка КП составляет менее 11 %, а при использовании второй параллельной плоскости КП — менее 6 %. Учёт задержки при передаче речевых пакетов осуществлялся с помощью временной метки (англ.Time Stamp), содержащейся в каждом пакете [5]. При этом, если задержка превышала допустимое значение, то пакет, даже не имеющий двоичных ошибок, отбрасывался.
Коммутационное поле системы Дж. Тёрнера
КЭ для коммутац. поля Тёрнера
Во второй половине 1980-х годов в разработках принимали участие телекоммуникационные фирмы ряда стран мира, помимо США, — французские, японские и др., при этом фокус переместился на системы с постоянной (фиксированной) длиной пакетов.
Применения
На принципах БКП построены следующие практические системы:
Асинхронной передачи данных (англ.ATM - Asynchronous Transfer Mode), с пакетами (ячейками) постоянной длины. В 1991 году для разработки и развития техники ATM был создан Форум ATM[8];
Трансляции кадров (англ.FR - Frame Relay), с пакетами (кадрами) переменной длины. Соответствующий Форум трансляции кадров организован также в 1991 году[8];
J. S. Turner, U.S. Patent 4.484.326, «Packet load monitoring by trunk controllers», Nov. 20, 1984.
J. S. Turner, U.S. Patent 4.486.877, «Packet switching loop-around network and facilities testing», Dec. 4, 1984.
J. S. Turner, U.S. Patent 4.488.288, «End-to-end information memory arrangement in a line controller», Dec. 11, 1984.
J. S. Turner, U.S. Patent 4.488.289, «Interface facility for a packet switching system», Dec. 11, 1984.
J. S. Turner, U.S. Patent 4.490.817, «Packet error rate measurements by distributed controllers», Dec. 25, 1984.
J. S. Turner, U.S. Patent 4.491.945, «Fast packet switch», Jan. 1, 1985.
J. S. Turner, U.S. Patent 4.494.230, «Fast packet switching system», Jan. 15, 1985.
Ю. Блэк. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы = Uyless Black, COMPUTERS NETWORKS: Protocols, Standards, and Interfaces / пер. с англ. под ред. к.т.н. В. В. Василькова. — М.: "Мир", 1990. — 506 с. — 25,000 экз. — ISBN 5-03-001367-9 (русск.); 0-13-166091-8 (англ.).
Achille Pattavina. Switching Theory: Architecture and Performance in Broadband ATM Networks. — John Wiley & Sons Ltd, 1998. — ISBN 0-471-96338-0 (Hardback); 0-470-84191-5 (Electronic).
