Спрос на крайнего

Архив

В контексте статьи нас, конечно же, особенно интересуют возможности чисто оптической маршрутизации сетевых сообщений.

Пересылаемый по Сети пакет (будем называть его более правильно - IP-датаграмма) представляет собой последовательность (запомните, это важно!) "ноликов" и "единичек". Определенное число разрядов этого пакета (32 бита) содержит так называемый IP-адрес получателя - ключевую информацию для выбора дальнейшего маршрута датаграммы. Но вот беда: во-первых, эти разряды находятся не в начале пакета, а во-вторых, 32-разрядный адрес - это слово, которое именно и становится словом (а не последовательностью приходящих битов) лишь после того, как все составляющие его разряды будут запомнены в порядке поступления.

Чувствуете, в чем проблема?

Обычный электронный маршрутизатор в Сети физически не способен сразу перенаправить по нужному адресу IP-датаграмму, поскольку должен сначала запомнить (записать в буфер) весь пришедший пакет, проанализировать поля, содержащие служебную информацию, в частности, чтобы "понять", с какого разряда начинается искомый адрес получателя, прочесть этот адрес, навести справки о нем в таблице маршрутизации и выполнить еще ряд действий.

И толстый, толстый, толстый кабель...

Построить чисто оптическое устройство маршрутизации IP-датаграмм, по мнению некоторых специалистов, можно было бы, например, используя изображения для представления адресной части датаграммы.

В основе оптической адресации (к сожалению, лишь гипотетической, так как, насколько мне известно, такой аппаратуры в комплексе пока нет) лежит чрезвычайно простая идея: адрес каждого получателя IP-датаграммы представляется в виде изображения (картинки), составленного из определенного числа дискретных элементов - пикселов, в качестве которых выступают жилы оптоволоконного кабеля.

Знаете, на что это похоже? На табло с лампочками. Загораясь, лампочки способны образовать огромное множество изображений! Для наших целей изображениями можно считать любые комбинации горящих и не горящих лампочек, а в кабеле - любые сочетания "светящихся" и "темных" жил.

Эти решения (вернее, "картинки" из точек-пикселов многожильного оптокабеля) впервые получили практическое применение в отечественных системах передачи секретной информации году эдак в 1973-75-м. "Кодировка" там осуществлялась весьма просто: на одном торце кабеля формировалось исходное изображение, затем шел блок кабеля со "случайным" образом перепутанными жилами, а затем - транспортный кабель. Со стороны приемника использовалась декодирующая приставка, "ставящая на свои места" отдельные пикселы. (Широкого применения система, правда, не получила.)

Таким образом, если на одном торце оптоволоконного кабеля сформировать изображение, которым закодирован адрес получателя сообщения, то, установив на другом конце кабеля устройство, способное распознавать это изображение и направлять свет от него в определенный адресом световод, мы получим простейшую систему оптической маршрутизации. И эта система не требует буферирования данных, поскольку адресная информация поступает одновременно с приходом пакета, причем сразу вся.

Пусть нам необходимо передать по Сети данные с компьютеров А, В, С и D компьютерам-адресатам, соответственно, K, L, M и N. Обычные IP-датаграммы сначала поступают на устройство F - формирователь адресных "картинок" и блок управления оптическим модулятором. Это устройство по сути своей - специализированный контроллер, который анализирует структуру кода датаграммы, выделяет IP-адрес получателя и на его основе генерирует управляющие сигналы для матрицы оптических ключей, обеспечивающих получение определенного уникального распределения освещения (возбуждения) жил оптоволоконного кабеля. Сама же исходная датаграмма без изменений передается на модулятор, осуществляющий обычную последовательностную модуляцию несущего светового пучка.

Такая схема позволяет осуществить маршрутизацию, то есть перенаправление IP-датаграммы в адрес следующего маршрутизатора чисто оптическими методами, например, применяя пространственную фильтрацию изображений. Чтобы понять, как это делается, рассмотрим приемную часть "нашей" оптоволоконной системы (см. рис. 2).

Приемная часть оптического маршрутизатора включает в себя пространственно-сопряженный голографический фазовый фильтр, в структуре которого "заложена" таблица маршрутизации. Это означает, что при возникновении во входной плоскости каких-либо заранее известных изображений-адресов в выходной плоскости будут формироваться отклики - освещенные участки, светящиеся точки и вообще любые требуемые изображения, которые могут быть "адресами" следующих маршрутизаторов либо служебными сообщениями, например, о нераспознанном адресе.

При этом световой поток в области отклика сохраняет параметры исходной временной модуляции сигнала датаграммы, что позволяет при помощи фотоприемника, помещенного в область отклика, считывать переданный сигнал в привычном последовательном виде. Собственно говоря, в плоскости откликов может быть помещено столько приемников, на сколько адресов рассчитан данный маршрутизатор.

Дальше полученный сигнал обычными электронными средствами пересылается адресату либо вновь "облекается" в оболочку картинки-адреса, чтобы отправиться к следующему маршрутизатору.

Описанная технология обладает также и рядом недостатков, главным из которых обычно считается аппаратная избыточность. Еще бы! Получается, что для передачи 32-разрядного адреса необходим 32-жильный кабель! И это, конечно же, "минус". Но эта избыточность сродни наличию шести стволов у скорострельной авиационной пушки, хотя в каждый момент времени "используется" лишь один...

Людей посмотреть...

Чтобы "людей посмотреть", я воспользовался материалами, которые мне любезно переслал Георгий Башилов. Самые интересные мнения специалистов я вам вкратце представлю.

Мнение первое: оптические маршрутизаторы, которые смогут читать адресную часть сообщений, переданных при помощи света, - это еще очень и очень отдаленное будущее. Дэвид Толвински (David Tolwinski), президент и СЕО компании Tenor Networks (www.tenornetworks.com).

Мнение второе: электроника хороша для осуществления переключений, свет - для передачи данных. Виктор Мизрахи (Victor Mizrahi), глава исследовательского отделения компании Ciena (www.ciena.com)

Мнение третье: пока не найдено решения, позволяющего строить чисто оптические системы маршрутизации, поскольку не очень понятно, как при помощи оптики считывать отдельные ключевые байты сетевого сообщения. Решения, предлагаемые фирмой Lucent (www.lucent.com), являются по сути своей гибридными - оптоэлектронными и оптомеханическими. Николас де Вито (Nicholas De Vito), маркетинг-директор компании Tellium (www.tellium.com).

Описания промышленно выпускаемых устройств для коммутации оптических (оптоволоконных) цепей, помещенные на Web-страничках фирм-изготовителей, позволяют сделать вывод о том, что сегодня самой освоенной технологией оптической коммутации являются электроуправляемые направленные ответвители.

Направленные ответвители давно применяются в микроволновой (радиочастотной) технике, а их первые оптические аналоги для сочленения элементов интегральной оптики появились в 1972 году и описаны Тайеном (P. K. Tien), Мартином (W. C. Martin) и Халлом (D. B. Hall).


На рис. 3 приведена схема неуправляемого и управляемых оптических направленных ответвителей, построенных на базе диэлектрических полосковых волноводов. Ширина "полосок" составляет несколько микрометров. Волноводы, находясь на очень близком расстоянии (обычно 0,5-1 мкм), способны обмениваться электромагнитной энергией через краевые поля. При правильно подобранных электрических и геометрических параметрах прибора обеспечивается волновой синхронизм пары волноводов, благодаря чему возможна полная (100%) перекачка мощности из одной полоски в другую, при этом физическая длина взаимодействия составляет всего около 100 мкм.

Направленный ответвитель, выполненный из электрооптического материала (например, ниобата лития), позволяет электрически управлять переключением мощности между волноводами. Геометрия ответвителя в этом случае выбирается такой, чтобы при отсутствии управляющего потенциала вся мощность поступала на выход 3. Приложенное напряжение разрушает условия резонанса, и вся входная мощность передается на выход 2 (то есть, попросту говоря, остается там, где была).

К настоящему времени проведено множество экспериментов, написано огромное количество теоретических работ, посвященных геометрическим, электро- и магнитооптическим эффектам в оптических волноводах. И это не могло не дать результатов. На рынок с промышленными изделиями выходят венчурные фирмы, например, Nanovation Technologies (www.nanovation.com). В частности, эта компания предлагает потребителям два оптических коммутатора (по схеме "один на два" HSS2001 и "два на два" - XC2001).

В принципе технология электрооптических и магнитооптических переключателей света позволяет создавать оптические логические вентили и на их базе строить оптические компьютеры, архитектурно повторяющие решения, ранее отработанные в электронике. Возможно, именно оптические технологии Интернета, реальная потребность в устройствах маршрутизации оптических магистралей позволят такого рода компьютерам быстрее выйти из стен лабораторий.