[工學]第4章現代交換技術-資料下載頁

　　

【正文】 和分組交換技術的優點。 第 4章 現代交換技術 圖 ATM信元格式 5 個字節信頭A T M 信元 UNI NNI 字節 1 2 3 4 5UNI ：用戶 — 網絡接口G F C ：一般流量控制域V P I ：虛路徑標識符 8 b i t ( 1 2 b i t )VCI ：虛信道標識符 1 6 b i t 4 8 個字節信息域 G F C V P I V P I V C I V C IVCI PT CLPRESH E C V P I V P I V C I V C IVCI PT CLPRESH E C N N I ：網絡 — 節點接口 P T ：凈荷類型 2 b i t R E S ：保留位 1 b i t C L P ：信元丟棄優先級 1 b i t第 4章 現代交換技術 2． 虛信道與虛路徑 ATM的主要特點之一 ， 就是攜帶用戶信息的全部信元的傳輸 、 復用和交換過程 ， 均是在虛信道上進行的 。 虛信道 (VC， Virtual Channel)是在兩個或多個端點之間運送ATM信元的通信通路 ， 由信頭中的虛信道標識符 (VCI)來區分不同的虛信道 。 它可用于用戶到用戶 、 用戶到網絡以及網絡到網絡之間的信息轉移 。 虛路徑 (VP， Virtual Path)是一種鏈路端點之間虛信道的邏輯聯系 。 虛信道在傳輸過程中將組合在一起構成虛路徑 。物理傳媒和 VC、 VP的關系如圖 。 虛路徑就是在給定的參考點上具有同一虛路徑標識符 (VPI)的一群虛信道 ，VPI也在信頭中傳送 。 第 4章 現代交換技術 圖 物理傳媒和 VC、 VP的關系 V C I 1V C I 2V C I 4V C I 3物理傳媒V P I 1V P I 2第 4章 現代交換技術 ATM交換技術中的接續分為虛信道連接 (VCC)和虛路徑連接 (VPC)兩種。虛信道連接的意義是指虛信道的一個或多個連接，以在網絡上提供點至點或一點至多點的信元轉移。虛信道連接 VCC和虛路徑連接 VPC的關系如圖 。 VCC由多段VC鏈路組成，每段 VC鏈路有各自的 VCI，因此，在 VCC上，任何一個特定的 VCI都沒有端到端的意義。每條 VC鏈路和其他與其同路的 VC鏈路一起，組成了一個虛路徑連接 VPC。這個 VPC可以由多段 VP鏈路連接而成，每當 VP被交換時， VPI就要改變，但是整個 VPC中的全部 VC鏈路都不改變自己的VCI值，正如在圖 ， VCIy在整個 VPC中都不改變它的值。因此，可以得出結論： VCI值改變時支持它的 VPI也一定相應地變化了，而 VPI改變時，其中的 VCI不一定變化。換句話說，VP可以單獨交換，而 VC交換必然和 VP交換一起進行。 第 4章 現代交換技術 圖 VCC和 VPC的關系 VCC 端點VC 鏈路VCI x VCI z虛信道連接 V C CVCC 端點虛信道V P C 端點V P Ii V P Ij虛路徑連接 V P C虛路徑VC 鏈路VCI yVC 鏈路VP 鏈路 VP 鏈路V P IkVP 鏈路V P C 端點第 4章 現代交換技術 VP交換是將一條 VP上所有的 VC鏈路全部轉送到另一條VP上去 ， 而這些 VC鏈路的 VCI值都不改變 ， 如圖 。VP交換的實現比較簡單 ， 往往只是傳輸通道中某個等級數字復用線的交叉連接 。 VC交換要和 VP交換同時進行 。 當一條 VC鏈路終止時 ，VPC也就終止了 。 這個 VPC上的 VC鏈路可以各奔東西 ， 加入到不同方向的新的 VPC中去 (如圖 )。 VC交換和 VP交換合在一起才是真正的 ATM交換 。 ATM交換的實現方法與采用的技術將在下面詳細介紹 。 對于交換型業務而言，基本的 ATM選路實體是虛信道(VC)，復用器 /分路器和交換機對虛信道進行處理。虛信道在虛路徑上進行集中，虛路徑通過復用器 /分路器和虛路徑交換機選路 (插、分電路和交叉連接 )。 第 4章 現代交換技術 圖 VC和 VP 交換示意圖 V C I 1V C I 2V C I 3V C I 4V C I 5V C I 6V P I 3V P I 2V P I 1V P 交換V P I 6V P I 5V P I 4V C I 3V C I 4V C I 5V C I 6V C I 1V C I 2( a )V C I 4V C I 1V P C 端點V C I 1V C I 2V C I 1V C I 2V P I 4V P I 1V C I 2 V C I 3V P I 2V P I 3V P I 5V C I 4V C I 3V C I 1V C I 2V P 交換V C 交換1 V P I ? 2 V P I ?3 V P I ?( b )第 4章 現代交換技術 3． ATM交換的基本原理 ATM交換的基本原理如圖 。圖中的交換節點有 n條入線 (I1～ In)和 q條出線 (O1～ Oq)，每條入線和出線上傳送的都是 ATM信元流，而每個信元的信頭值都表明該信元所在的邏輯信道。不同的入線 (或出線 )上可以采用相同的邏輯信道值。 ATM交換的基本任務就是將任一入線上的任一邏輯信道中的信元，交換到所需的任一出線上的任一邏輯信道上去。例如，圖中入線 I1的邏輯信道 x被交換到出線 O1的邏輯信道 k上；入線 I1的邏輯信道 y被交換到出線 Oq的邏輯信道 m上等等。這里交換包含了兩方面的功能：一是空間交換，即將信元從一條傳輸線改送到另一條傳輸線上去，這個功能又叫做路由選擇；另一個功能是時間交換，即將信元從一個時隙改換到另一時隙。 第 4章 現代交換技術 應該注意的是： ATM的邏輯信道和時隙并沒有固定的關系，邏輯信道的身份是靠信頭值來標志的，因此時間交換是靠信頭翻譯來完成的。例如， I1的信頭值 x被翻譯成 O1上的 k值。以上空間交換和時間交換的功能可以用一張翻譯表來實現，圖 的翻譯表。 第 4章 現代交換技術 圖 ATM交換的基本原理 t輸出信元流輸入信元流信頭 / 鏈路翻譯表隊列數據I1O1輸入信頭輸出信頭t信元z y x xs s y xI2…In…O2Oq m g gl j nk k n輸入鏈路 信頭值 輸出鏈路 信頭值I1xyzO1OqO2kml… … … …InxysO1O2Oqnjg第 4章 現代交換技術 由于 ATM是一種異步傳送方式，輸入、輸出線路上的信元都是異步統計復用的，每個邏輯信道上信元的出現是隨機的。因此，可能會出現在同一時刻兩條或多條輸入線路上的信元要求轉到同一條輸出線路上去，即存在競爭 (或稱碰撞 )。例如， I1的信道 x和 In的信道 x都要求交換到 O1，前者使用 O1的信道 k，后者使用 O1的信道 n。為了不使碰撞時引起信元丟失，交換節點中應提供一系列緩沖區，供同時到達的信元排隊用。這個隊列造成了信元在交換節點內的時延，這個時延是隨機的，它與緩沖器的位置、結構以及緩沖長度有關。當緩沖器存滿后，就會產生信元丟失，因此，緩沖排隊方式直接影響交換節點性能的好壞。 第 4章 現代交換技術 目前 ， 根據緩沖器位置可將信元排隊方式分成下面五類 。 l) 輸入排隊方式 輸入排隊方式為每條輸入線路設置專用緩沖器來解決可能出現的信元碰撞 。 每條輸入線路上的信元都先存入緩沖器 ， 然后由仲裁邏輯裁決可以 “ 放行 ” 的信元 ， 裁決方法可有多種不同的方法 。 例如 ， 對所有輸入隊列輪流查詢或者根據輸入隊列的長度來選擇優先者等辦法 。 采用輸入排隊方式，使輸入緩沖的位置可以和交換結構分開，簡化了交換單元的設計，亦可避免緩沖器以幾倍于端口的速率進行操作，有利于采用現有技術實現輸入緩沖，如圖 。 第 4章 現代交換技術 圖 輸入排隊方式 仲裁邏輯交換結構輸入＃ 1 輸出＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…輸出＃ 2輸出＃ N…第 4章 現代交換技術 該方式的最大缺點是存在隊頭阻塞 (HOL， Head of Line Blocking)現象，即當一個緩沖隊列的隊頭沒有接到“放行”命令時，其后面的所有信元都必須在隊列中等待，即使它的目的地是一條空閑的出線，也不能越過隊頭而進行交換，因而導致性能下降 (吞吐率降低、平均時延加大等 )。 第 4章 現代交換技術 2) 輸出排隊方式 輸出排隊方式在每條出線處設置緩沖 FIFO， 不同入線競爭同一出線的信元可在同一個信元時間內同時到達該出線 ， 但它們必須在輸出 FIFO中排隊 ， 然后依次逐個送到出線上去 ， 如圖 。 顯然 ， 在輸入端無需加仲裁器 。采用該方式的交換機 ， 不存在 HOL阻塞和排隊時延大的缺點 ， 同時控制較簡單 ， 易于實現一點到多點和廣播方式 。但要求輸出緩沖器的寫入速率是輸入端口速率的 N倍 (N為入線總數 )， 以便在 N條入線的信元同時要去同一出線時 ，不會出現信元丟失 。 第 4章 現代交換技術 圖 輸出排隊方式 交換結構輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…第 4章 現代交換技術 3) 中央排隊方式 中央排隊方式是在交換結構的中央設一個緩沖器 ， 這個緩沖器被所有的入線和出線公用 。 所有入線上的全部輸入信元都直接存入中央緩沖器 ， 然后根據路由表選定每個信元的出線 ， 并按先進先出的原則讀取信元 。 采用中央排隊方式的交換單元，緩沖器的利用率最高，即如果出、入線的負荷相同，允許的信元丟失率也相同，采用中央排隊的交換單元需要的緩沖容量最小，但控制邏輯復雜，要求緩沖器的存取速率高，當交換單元為 N N時，存在 N個信元同時交換到一條出線上的可能，為防止輸入信元丟失，因此必須要求緩沖器的存 (或取 )速率為入 (或出 )線速率的 N倍，如圖 。 第 4章 現代交換技術 圖 中央排隊方式 交換結構輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…交換結構輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…第 4章 現代交換技術 4) 輸入 /輸出排隊方式 輸入 /輸出排隊方式將輸入排隊和輸出排隊這兩種方式結合起來，在輸入端和輸出端都有緩沖器，可以解決輸出排隊方式中突發性業務 (這類業務的峰值比特率遠遠高于平均比特率，如 LAN的數據傳送 )信元丟失問題。因此，當前不能處理的信元不會被丟棄，而是保存在輸入緩沖器中，如圖 。 第 4章 現代交換技術 圖 輸入 /輸出排隊方式 交換結構輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…第 4章 現代交換技術 5) 重環回排隊方式 在重環回排隊方式中，輸出端口競爭的處理方法是將在當前時隙中無法輸出的信元，通過一組重環回緩沖器重新送到輸入端口。通常情況下，它可達到輸出排隊方式的性能。但如果在某一時隙要求環回的信元數大于重環回端口數，則要丟棄交換單元中的某些信元。另外，重環回信元可使同一個邏輯信道的信元產生輸出錯序，必須采取相應的輸出排序措施，如圖 。 通常，我們從下面幾個方面考慮各種排隊方式的性能：吞吐率，緩沖器利用率，排隊時延和時延變化 (抖動 )，緩沖排隊的控制邏輯，緩沖存儲的規模 (容量和數量 )，緩沖存儲器的存取速率，實現點到多點和廣播通信的難易。以上幾種信元排隊方式性能的比較優劣如表 。 第 4章 現代交換技術 圖 重環回排隊方式 …交換結構輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N……… …第 4章 現代交換技術 表 信元排隊方式性能比較 性能 排隊方式 吞吐 率 緩沖器 利用率 時延 控制 規模 存儲器 讀 /寫速度 實現點 到多點 輸入排隊 低 較低 時延大 抖動大 仲裁邏輯 較復雜 大 低 困難