寬帶網(wǎng)交換技術(shù)

1寬帶通信網(wǎng)信息與通信工程學(xué)院靳浩2寬帶通信網(wǎng)寬帶通信網(wǎng)技術(shù)發(fā)展概述ATM技術(shù)原理ATM的流量控制和擁塞控制技術(shù)寬帶網(wǎng)交換技術(shù)IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)IP網(wǎng)絡(luò)的QoS支持技術(shù)IP網(wǎng)絡(luò)安全與管理技術(shù)MPLS技術(shù)及其發(fā)展移動(dòng)IP技術(shù)下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3寬帶網(wǎng)交換技術(shù)ATM交換的定義及特點(diǎn)寬帶網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)ATM交換結(jié)構(gòu)的影響ATM交換系統(tǒng)的構(gòu)成ATM基本交換結(jié)構(gòu)----排隊(duì)方式ATM基本交換結(jié)構(gòu)-----交換模塊ATM交換機(jī)構(gòu)和交換系統(tǒng)4ATM交換的定義及特點(diǎn)傳統(tǒng)交換與ATM交換的差異ATM交換系統(tǒng)的構(gòu)成ATM交換應(yīng)完成的基本功能ATM交換的定義ATM交換的基本原理5傳統(tǒng)交換與ATM交換的差異ATM出現(xiàn)以前的交換方式電路交換：基于STM原理的交換（如電話交換）分組交換(X.25、幀中繼等)這些技術(shù)不能直接適用于ATM交換，主要原因是ATM信息流的統(tǒng)計(jì)行為ATM具有極高的信息處理速度ATM信元的固定長(zhǎng)度有限的信元頭功能不同用途的ATM交換系統(tǒng)差異很大6ATM交換系統(tǒng)的構(gòu)成ATM交換系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合用于公用寬帶網(wǎng)的ATM交換系統(tǒng)（ATMCentralOffice）用戶的內(nèi)部專用網(wǎng)（ATMLAN）ATM交換系統(tǒng)的構(gòu)成傳輸部分（傳輸網(wǎng)）在入線與出線之間傳輸ATM信元的物理設(shè)備完成協(xié)議參考模型中用戶平面的功能控制部分在信令處理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸網(wǎng)進(jìn)行控制的設(shè)備完成協(xié)議參考模型中控制平面的功能7ATM交換系統(tǒng)的QOS參數(shù)傳輸網(wǎng)絡(luò)容量信元丟失率誤比特率信元時(shí)延信元時(shí)延抖動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)呼叫處理能力（BHCA）呼叫建立時(shí)間呼叫釋放時(shí)間呼叫建立的阻塞概率呼損概率與傳統(tǒng)交換系統(tǒng)類似，ATM交換系統(tǒng)中，傳輸部分和控制部分分別有不同的服務(wù)質(zhì)量參數(shù)。8ATM交換應(yīng)完成的基本功能信元交換ATM信元從一條入線上的某個(gè)邏輯信道上被傳送到一條或多條出線的不同邏輯信道上的過(guò)程。集中/復(fù)用把N條入線上的信息組合到M條出線上。集中：物理入線數(shù)>物理出線數(shù)（N>M）復(fù)用：把多個(gè)邏輯輸入通道統(tǒng)計(jì)復(fù)用到一條邏輯輸出通道上擴(kuò)展/分路集中/復(fù)用的逆操作。9ATM交換的定義ATM交換的定義從一條邏輯ATM信道到一條或多條邏輯ATM信道的信息交換；而在該交換過(guò)程中，選擇可以在許多邏輯ATM信道中進(jìn)行。邏輯ATM信道以物理端口以及該物理端口上的邏輯信道來(lái)表征：邏輯ATM信道=物理端口+物理端口上的邏輯信道物理端口號(hào)：表征了物理入線或出線物理端口上的邏輯信道：由虛通路/虛信道標(biāo)識(shí)(VPI/VCI)表征ATM交換功能的組成時(shí)分交換、空分交換、信元頭交換（翻譯）10ATM交換的基本功能空分交換功能一條物理入線上的信息交換到另一條物理出線上。時(shí)分交換功能將物理入線上一個(gè)邏輯信道上的信息交換到對(duì)應(yīng)物理出線上的另一個(gè)邏輯信道上。信元頭交換（翻譯）一個(gè)邏輯ATM信道上的信元利用空分交換和時(shí)分交換,被交換到另一個(gè)邏輯ATM信道上時(shí)，其輸入信元的信元頭內(nèi)容也將同時(shí)會(huì)被翻譯成一個(gè)與輸出邏輯ATM信道相對(duì)應(yīng)的信元頭輸出值。11空分交換功能空分交換功能將信息從一條物理入線交換到到另一條物理出線上空分交換中的關(guān)鍵問(wèn)題——

路由選擇（routing）在交換機(jī)內(nèi)部，信息如何選擇一條路由從入線到達(dá)出線空分交換ab::123Nc4ba::123Mc412時(shí)分交換功能時(shí)分交換功能入線上某邏輯信道中的信息被交換到出線上另一個(gè)邏輯信道是邏輯信道（VP/VC）的交換（而不是固定幀時(shí)隙）存在競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題存在多個(gè)邏輯信道競(jìng)爭(zhēng)物理出線上同一時(shí)間片的情況，必須引入排隊(duì)來(lái)解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。排隊(duì)功能——ATM交換的一個(gè)重要功能時(shí)分交換abccabFrameFrame邏輯信道邏輯信道13ATM交換的基本原理akkablccmxxzyxyssQueueQueueQueue數(shù)據(jù)信頭翻譯表O1O2OqI1I2In輸入鏈路VCC輸出鏈路VCCI1xO1kyOqmzO2l::InxO1ayO2bsOqc信元頭輸入輸出信元數(shù)據(jù)信元頭信元頭翻譯信元被交換的同時(shí)，輸入信頭的值被翻譯成輸出信元頭的值。14ATM交換的基本功能空分交換功能——路由選擇時(shí)分交換功能——排隊(duì)功能信頭交換（翻譯）功能15業(yè)務(wù)對(duì)寬帶交換的要求寬帶業(yè)務(wù)的多樣性對(duì)寬帶ATM交換具有不同的要求，表現(xiàn)在以下方面：業(yè)務(wù)的信息速率從幾Kb/s到幾百M(fèi)b/s或更高時(shí)間行為特性恒定比特率或可變比特率實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)性能語(yǔ)義透明性：信元丟失率、誤比特率時(shí)間透明性：交換時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)其他性能參數(shù)：吞吐量、處理能力、連接阻塞廣播和組播功能16業(yè)務(wù)的信息速率對(duì)交換的要求寬帶業(yè)務(wù)的信息速率范圍很寬最低：幾Kbit/s（如遙測(cè)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制）最高：幾百M(fèi)bit/s（如高清晰度電視150Mb/s）交換系統(tǒng)必須能夠交換多種信息速率的業(yè)務(wù)交換系統(tǒng)的接口速率都超過(guò)150Mbit/s例如，基于SDH的信元傳輸接口中有以下的速率等級(jí)：155.520Mb/s 光接口或電接口622.080Mb/s 光接口2488.320Mb/s 光接口在交換系統(tǒng)的內(nèi)部，信息處理的速率可能更高由于交換機(jī)內(nèi)部的信息復(fù)用，系統(tǒng)內(nèi)部的信息速率更高采用并行化的處理方式，可降低交換系統(tǒng)內(nèi)部信息速率17廣播和組播功能對(duì)寬帶交換的要求業(yè)務(wù)對(duì)寬帶交換的廣播和組播要求廣播：信息從一個(gè)源傳遞到所有的目的地組播：信息從一個(gè)源傳遞到一組特定的目的地典型應(yīng)用：電子郵件列表的分發(fā)、數(shù)字化圖象庫(kù)的訪問(wèn)、電視分配傳統(tǒng)的電路交換的連接形式是點(diǎn)到點(diǎn)連接信息只能從一條邏輯信道交換到另一條邏輯信道上傳統(tǒng)的分組交換也不能支持廣播和組播功能業(yè)務(wù)對(duì)廣播和組播功能的需求對(duì)交換系統(tǒng)的影響ATM交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要支持優(yōu)化的廣播和組播功能18交換系統(tǒng)性能參數(shù)的需求差異傳統(tǒng)交換系統(tǒng)吞吐能力誤比特率連接阻塞交換時(shí)延呼損概率ATM交換系統(tǒng)吞吐能力誤比特率連接阻塞交換時(shí)延呼損概率信元丟失率信元誤插率時(shí)延抖動(dòng)19吞吐能力和誤比特率影響交換系統(tǒng)的吞吐能力和誤比特率的因素信息吞吐能力取決于：系統(tǒng)的信息處理速率、系統(tǒng)的規(guī)模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)和工藝信令處理能力取決于：交換系統(tǒng)中控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)誤比特率取決于：實(shí)現(xiàn)中所采用的技術(shù)和工藝提高系統(tǒng)吞吐能力、控制誤比特率的方法在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以采用以下的方法來(lái)獲得很高的吞吐能力，同時(shí)將誤比特率保證在可接受的范圍內(nèi)：采用新技術(shù)、新工藝和新型高速器件合理的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高整體性能20連接阻塞連接阻塞的概念建立ATM連接時(shí)，在交換機(jī)內(nèi)部有需要有足夠的資源來(lái)保證新建連接的質(zhì)量，這些資源包括：帶寬、VPI/VCI、信頭、標(biāo)簽……系統(tǒng)不能保證所有的新建連接都能獲得所需的資源；在連接建立時(shí)，若交換系統(tǒng)在邏輯入線和出線之間找不到足夠的資源，就出現(xiàn)連接阻塞，新建連接的請(qǐng)求被拒絕；連接阻塞的概率取決于交換系統(tǒng)中出現(xiàn)資源不足的概率；交換系統(tǒng)的連接阻塞特性由其系統(tǒng)設(shè)計(jì)所決定。根據(jù)連接阻塞特性，可將交換系統(tǒng)分為：不存在內(nèi)部連接阻塞的交換系統(tǒng)存在內(nèi)部連接阻塞的交換系統(tǒng)21連接阻塞交換系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不一定是面向連接的不存在內(nèi)部連接阻塞的交換系統(tǒng)內(nèi)部不需要面向連接傳輸網(wǎng)內(nèi)部存在足夠的資源，不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部阻塞新建連接總是可以接受，無(wú)需檢查內(nèi)部資源新建連接仍然可能由于外部鏈路資源的不足而被阻塞存在內(nèi)部連接內(nèi)部阻塞的交換機(jī)系統(tǒng)通常內(nèi)部實(shí)現(xiàn)面向連接建立新連接時(shí)必須分配內(nèi)部資源在內(nèi)部資源不足時(shí)會(huì)發(fā)生連接阻塞其阻塞率由交換系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)決定22信元丟失/誤插率產(chǎn)生信元丟失和誤插的原因ATM基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用交換系統(tǒng)中隊(duì)列技術(shù)的采用在某瞬間，交換系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)大量信元競(jìng)爭(zhēng)同一鏈路的情況，這時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致隊(duì)列溢出，引起信元丟失。交換系統(tǒng)路由選擇機(jī)制的錯(cuò)誤ATM信元在交換系統(tǒng)內(nèi)部被錯(cuò)選了路由會(huì)造成信元誤插。ATM交換系統(tǒng)對(duì)信元丟失/誤插率的要求為保證語(yǔ)義透明性，信元丟失/誤插率應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)ATM交換機(jī)的信元丟失率一般在10-8

至10-11之間信元誤插率一般要小于信元丟失率的千分之一23信元丟失/誤插率根據(jù)是否存在內(nèi)部信元丟失，交換系統(tǒng)分為：無(wú)內(nèi)部阻塞的交換系統(tǒng)交換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部資源的競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)內(nèi)部不會(huì)丟失ATM信元信元的丟失僅可能發(fā)生在交換系統(tǒng)的入線或出線處有內(nèi)部阻塞的交換系統(tǒng)存在內(nèi)部資源競(jìng)爭(zhēng)由于可用內(nèi)部資源的缺乏，可能導(dǎo)致ATM信元的丟失采用良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略，可將信元阻塞概率控制在一定范圍內(nèi)24交換時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)交換時(shí)延交換時(shí)延是交換系統(tǒng)完成ATM信元交換的時(shí)間交換時(shí)延是保證時(shí)間透明性、體現(xiàn)交換機(jī)性能的重要因素典型的ATM交換時(shí)延應(yīng)在10μs到1000μs時(shí)延抖動(dòng)信元交換時(shí)延的變化值時(shí)延的抖動(dòng)值小于幾百微秒時(shí)延抖動(dòng)的表示方法常用分位點(diǎn)定義分位點(diǎn)：即交換時(shí)延超過(guò)某值的概率，例如10-10分位點(diǎn)上的100μs的抖動(dòng)，其含義是交換時(shí)延超過(guò)100μs的概率小于10-1025VP交換與VC交換ATM交換在交換節(jié)點(diǎn)處完成，其過(guò)程包括：信息從交換節(jié)點(diǎn)的入線交換到出線；將輸入VPI/VCI值交換為輸出VPI/VCI值。ATM連接分為VPC和VCC，相應(yīng)地，ATM交換分為兩類：

VP交換又稱交叉連接(cross-connect)，相應(yīng)的設(shè)備稱為交叉連接設(shè)備；只提供VP連接的交換，實(shí)現(xiàn)輸入VPI值到輸出VPI值的映射；被交換的VPC中所包含的所有VCC被作為整體被交換；用于骨干網(wǎng)中大量VCC的成組交換，通常不需信令功能，通過(guò)網(wǎng)管控制。

VC交換功能涵蓋了VP交換；除提供VP交換外，還提供不同VPC中各VCC之間的信息交換；實(shí)現(xiàn)輸入VPI/VCI值到輸出VPI/VCI值的映射。26VP交換VP交換VPI=1VPI=3VPI=5VPI=2VPI=4VPI=6VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=1VCI=227VC交換VC交換VP交換VCI=1VCI=2VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=1VCI=21243VPI=1VPI=4VPI=5VPI=2VPI=328思考題ATM交換需要具備的基本功能是什么？簡(jiǎn)述ATM交換的基本工作原理。對(duì)ATM交換性能的評(píng)價(jià)參數(shù)有哪些？29ATM交換系統(tǒng)的構(gòu)成ATM交換機(jī)構(gòu)基本交換模塊交換機(jī)構(gòu)由相同的基本交換模塊以特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連而成設(shè)計(jì)中需要解決的主要問(wèn)題——

路由選擇基本交換模塊用于構(gòu)造交換機(jī)構(gòu)的最小通用模塊設(shè)計(jì)中需要解決的主要問(wèn)題——

排隊(duì)問(wèn)題30一些術(shù)語(yǔ)的定義基本交換模塊(BasicSwitchingBuildingBlock)也稱為交換單元，是用于構(gòu)造ATM交換機(jī)構(gòu)的最小通用模塊，相同的基本交換模塊可組成交換機(jī)構(gòu)。交換機(jī)構(gòu)(SwitchingFabric)由相同的基本交換模塊以特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連而成，只有在基本交換模塊和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定的情況下，才能定義交換機(jī)構(gòu)。交換系統(tǒng)(SwitchingSystem)可用于ATM信元交換的設(shè)備稱為ATM交換系統(tǒng)或ATM交換機(jī)。一般地，交換系統(tǒng)可以由相同或不同的ATM交換單元或ATM交換機(jī)構(gòu)構(gòu)成。31基本交換模塊的結(jié)構(gòu)ATM交換功能由交換機(jī)構(gòu)完成交換機(jī)構(gòu)由基本交換模塊構(gòu)成基本交換模塊的構(gòu)成入線控制器（IC）出線控制器（OC）物理傳輸網(wǎng)絡(luò)，由VLSI構(gòu)成的信元高速傳輸交換通路ICIC傳輸網(wǎng)絡(luò)OCOC32基本交換模塊基本交換模塊的容量規(guī)模：從2x2到16x16信息速率：從155Mbit/s、622Mbit/s到2.5Gbit/s基本交換模塊的容量（規(guī)模和信息速率）決定于：采用的技術(shù)工藝、設(shè)計(jì)的集成化程度基本交換模塊的基本功能——

排隊(duì)功能基本交換模塊是一個(gè)統(tǒng)計(jì)復(fù)用器在基本交換模塊內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)多個(gè)信元需要同時(shí)使用相同資源（如內(nèi)部線路、出線等）在出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，需要對(duì)沖突的信元進(jìn)行緩沖（排隊(duì)）若交換模塊是內(nèi)部完全無(wú)阻塞的，則不需要內(nèi)部緩沖為了解決對(duì)相同出線的競(jìng)爭(zhēng)，必須在基本模塊內(nèi)提供排隊(duì)功能33ATM基本交換結(jié)構(gòu)----排隊(duì)方式排隊(duì)策略輸入排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)三種排隊(duì)策略的性能分析排隊(duì)策略對(duì)物理實(shí)現(xiàn)的要求34排隊(duì)策略信元排隊(duì)和緩沖是基本交換模塊的基本功能；根據(jù)交換單元的結(jié)構(gòu)和所需的信息速率，可以在交換單元的入線、出線或單元內(nèi)部設(shè)計(jì)信元的緩沖隊(duì)列；根據(jù)緩沖器在交換單元中的物理位置劃分在交換單元中可采用三種排隊(duì)策略：輸入排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)35輸入排隊(duì)基本思想在交換單元的輸入端解決可能的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)方式為每一條入線配置一個(gè)緩沖隊(duì)列，信元在隊(duì)列中排隊(duì)；在一個(gè)信元周期內(nèi)，如果出現(xiàn)多個(gè)入線上的信元競(jìng)爭(zhēng)同一出線時(shí)，則由一個(gè)仲裁邏輯來(lái)決定哪些入線隊(duì)列中的信元是允許通行的，而其他隊(duì)列中的信元需要等待；經(jīng)過(guò)仲裁后的信元不會(huì)再出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)。36輸入排隊(duì)模型傳輸交換媒體仲裁邏輯12N12N出線入線輸入隊(duì)列每條入線一個(gè)緩沖隊(duì)列信元在入線排隊(duì)交換傳輸媒體是一個(gè)無(wú)阻塞的傳輸網(wǎng)絡(luò)仲裁邏輯決定可以得到服務(wù)的入線仲裁策略輪流服務(wù)、具有優(yōu)先級(jí)（固定優(yōu)先級(jí)或隊(duì)列長(zhǎng)度優(yōu)先等）37輸入排隊(duì)的缺點(diǎn)在入線處的隊(duì)列將需要更多的緩沖容量存在隊(duì)頭阻塞（HOL）在一個(gè)信元周期內(nèi)，任一條出線都只能為一個(gè)信元提供輸出服務(wù)，而選擇該出線的其他信元必須在輸入隊(duì)列中等待;若一條入線上的隊(duì)列的排頭信元因競(jìng)爭(zhēng)失敗而阻塞，即使該隊(duì)列中的后續(xù)信元所選擇的出線當(dāng)前是空閑的,該隊(duì)列中的所有后續(xù)信元也被迫阻塞；一個(gè)信元周期內(nèi)，通過(guò)交換傳輸媒體傳輸?shù)男旁獢?shù)P不超過(guò)交換單元的入線總數(shù)N，即PN。在輸入排隊(duì)模型中，仲裁邏輯是必須的用于確定可以得到服務(wù)的入線38輸出排隊(duì)基本思想來(lái)自入線的信元可以自由通過(guò)交換傳輸媒體傳送（交換）到所需的出線上，在出線上設(shè)置緩沖隊(duì)列解決多信元對(duì)出線的競(jìng)爭(zhēng)。實(shí)現(xiàn)方法在一個(gè)信元周期內(nèi)，所有信元都可無(wú)需仲裁地從入線到達(dá)所需的出線;每條出線配置一個(gè)隊(duì)列，以便緩沖同時(shí)到達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)該出線的多個(gè)信元;一個(gè)信元周期內(nèi)，一條出線只能為一個(gè)信元服務(wù)，未服務(wù)的信元將暫存在該出線的輸出隊(duì)列中。39輸出排隊(duì)模型傳輸交換媒體12N12N出線入線輸出隊(duì)列交換傳輸媒體無(wú)阻塞的傳輸網(wǎng)絡(luò)，信元通過(guò)傳輸媒體時(shí)無(wú)需仲裁邏輯每出線配置一個(gè)緩沖隊(duì)列信元在出線處排隊(duì)，采用FIFO原則，保證信元的順序40輸出排隊(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)置在出線上的隊(duì)列所需的緩沖空間較??；去往同一條出線的多個(gè)信元可以在同一個(gè)信元周期內(nèi)交換到出線上，不存在隊(duì)頭阻塞；不需要仲裁邏輯；為保證沒(méi)有信元丟失，在傳輸交換媒體中信元的傳輸交換的速率必須N倍于入線的速率；輸出排隊(duì)策略對(duì)緩沖器的訪問(wèn)速度要求很高。在一個(gè)信元周期內(nèi)需要對(duì)隊(duì)列緩沖器進(jìn)行N次信元寫(xiě)操作和一次信元讀操作。41基本思想為了減少整個(gè)交換單元所需的總緩沖容量，在基本交換單元中設(shè)置一個(gè)共享的隊(duì)列緩沖器，被所有的入線和出線所公用。實(shí)現(xiàn)方法在基本交換單元的中央設(shè)置一個(gè)隊(duì)列緩沖器，被所有的入線和出線所共享；來(lái)自所有入線上的全部信元都直接存入中央隊(duì)列各出線從中央隊(duì)列中查找目的地為其自身的信元，依照先進(jìn)先出的原則取出并發(fā)送。中央排隊(duì)42中央排隊(duì)模型交換傳輸媒體I12N12N出線入線中央隊(duì)列傳輸交換媒體II共享的中央隊(duì)列被入線和出線所公用交換傳輸媒體分為兩部分輸入信元通過(guò)交換傳輸媒體I進(jìn)入中央隊(duì)列排隊(duì)；再通過(guò)交換傳輸媒體II輸出到出線。信元通過(guò)傳輸媒體時(shí)無(wú)需仲裁邏輯。43中央排隊(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)中央隊(duì)列被所有入線和出線共享，提高了緩沖器的利用率，因此大大地減少了隊(duì)列緩沖器的總?cè)萘?。交換單元的控制管理復(fù)雜出線必須能夠通過(guò)某種查找機(jī)制，從中央隊(duì)列中找出準(zhǔn)備輸出到出線的信元；必須保證中央緩沖器中的各邏輯隊(duì)列具有先進(jìn)先出的順序；由于對(duì)中央緩沖器的信元讀寫(xiě)是完全隨機(jī)的，因此需要提供復(fù)雜的存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)。44三種排隊(duì)策略的性能分析衡量排隊(duì)策略的性能參數(shù)信元丟失率信元的排隊(duì)時(shí)延所需隊(duì)列緩沖器的容量（物理實(shí)現(xiàn)參數(shù)）研究性能的方法在交換單元的輸入線上，給定一種特定的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)量負(fù)荷，來(lái)研究不同排隊(duì)策略的性能。進(jìn)行排隊(duì)策略性能研究的手段直觀的分析建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)仿真45郵局中的輸入排隊(duì)模型一個(gè)郵局中有兩個(gè)服務(wù)窗口郵局大門相當(dāng)于一條入線兩個(gè)服務(wù)窗口相當(dāng)于兩條出線到達(dá)郵局的顧客都郵局門口排在一個(gè)隊(duì)列中相當(dāng)于輸入隊(duì)列隊(duì)列按照先進(jìn)先出原則服務(wù)隊(duì)頭的顧客被阻塞（等待）會(huì)導(dǎo)致隊(duì)中的其他顧客也得不到服務(wù)郵票寄信寄信郵票郵票郵票窗口郵寄窗口46郵局中的輸出排隊(duì)模型到達(dá)的顧客都直接進(jìn)入郵局，并根據(jù)自己的目的選擇排在一個(gè)服務(wù)窗口的隊(duì)列中顧客的選擇相當(dāng)于交換過(guò)程窗口隊(duì)列相當(dāng)于輸出隊(duì)列服務(wù)窗口的利用率得到提高顧客排隊(duì)的等待時(shí)間減少了各服務(wù)窗口的隊(duì)列相互獨(dú)立，在一個(gè)隊(duì)列中等待的顧客不會(huì)影響其他服務(wù)隊(duì)列中的顧客。郵票郵票郵票郵票窗口郵寄窗口寄信寄信寄信47郵局中的中央排隊(duì)模型輸出排隊(duì)要求每個(gè)服務(wù)窗口隊(duì)列有足夠的隊(duì)列座位相當(dāng)于最壞情況下的隊(duì)列長(zhǎng)度為減少郵局中的座位總數(shù),所有服務(wù)窗口共享一個(gè)隊(duì)列相當(dāng)于在中央排隊(duì)可以減少總的隊(duì)列緩沖容量智能服務(wù)員在服務(wù)窗口空閑時(shí)，從隊(duì)列中找出下一個(gè)需要被服務(wù)的顧客服務(wù)員的功能對(duì)應(yīng)于一個(gè)復(fù)雜的控制邏輯郵票寄信寄信郵票郵票郵票窗口郵寄窗口寄信服務(wù)員48三種排隊(duì)策略的直觀分析平均等待時(shí)間對(duì)相同的外部業(yè)務(wù)負(fù)荷，輸入排隊(duì)的平均等待時(shí)間比其他兩種排隊(duì)策略更長(zhǎng)隊(duì)列緩沖器需求輸入排隊(duì)需要最大中央排隊(duì)需要最少信元丟失率在隊(duì)列緩沖容量相同的情況下，輸入排隊(duì)的信元丟失率明顯高于輸出排隊(duì)和中央排隊(duì)的信元丟失率。49排隊(duì)策略的數(shù)學(xué)模型直觀分析的結(jié)論可以通過(guò)以下手段進(jìn)一步證明：數(shù)學(xué)解析模型計(jì)算機(jī)仿真建造數(shù)學(xué)解析模型時(shí)，假定：建模的交換單元的規(guī)模為：N入線/N出線入線的平均利用率為p即任意給定時(shí)隙（信元周期）內(nèi)信元到達(dá)入線的概率為p入線上信元到達(dá)的簡(jiǎn)化模型每條入線上的信元到達(dá)基于不相關(guān)的一致性貝努里過(guò)程任一信元被尋址到任何一條出線的概率是相等的1/N50輸出排隊(duì)的解析結(jié)果通過(guò)推導(dǎo)，輸出排隊(duì)模型的平均等待時(shí)間為：輸出排隊(duì)模型的平均等待時(shí)間W

是入線上的輸入利用率p（負(fù)荷）的函數(shù);交換單元的規(guī)模N對(duì)平均等待時(shí)間的影響不大.51平均等待時(shí)間(cells)輸入利用率(p)1098765432100.20.40.60.81.00輸出排隊(duì)的平均等待時(shí)間平均等待時(shí)間與輸入利用率的關(guān)系N=∞N=4N=252輸出排隊(duì)模型的性能分析輸出排隊(duì)模型的平均等待時(shí)間與輸入負(fù)荷有關(guān)；在低負(fù)荷情況下，輸出排隊(duì)模型的性能很好；

平均隊(duì)列長(zhǎng)度（平均等待時(shí)間）在幾個(gè)信元范圍內(nèi)當(dāng)輸入負(fù)荷超過(guò)0.8時(shí)，性能急劇下降；平均等待時(shí)間呈指數(shù)增長(zhǎng)隊(duì)列長(zhǎng)度也呈指數(shù)增長(zhǎng)，并可能因溢出而造成信元丟失交換單元的規(guī)模N對(duì)輸出排隊(duì)模型的性能影響很??；采用基于輸出排隊(duì)原理的交換單元時(shí)，應(yīng)將輸入負(fù)荷控制在0.8以下，以獲得較好的性能。53輸入排隊(duì)模型的性能分析經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，可證明采用輸入排隊(duì)模型的交換單元的性能是有限的：當(dāng)入線的負(fù)荷達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)飽和;該模型所能達(dá)到的最大負(fù)荷為：輸入排隊(duì)模型的性能明顯低于輸出排隊(duì);由于交換單元的交換能力所限，超過(guò)最大負(fù)荷部分的信元將被丟棄.54中央排隊(duì)模型的性能分析中央排隊(duì)模型的性能在平均等待時(shí)間特性上，中央排隊(duì)與輸入排隊(duì)完全相同中央排隊(duì)模型的優(yōu)點(diǎn)：能夠大量減少緩沖存儲(chǔ)器的容量；原因：由于對(duì)緩沖器的共享提高了存儲(chǔ)器的利用率。數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明，中央排隊(duì)提高了緩沖的利用率，從而減少了對(duì)隊(duì)列緩沖器容量的需求.通過(guò)緩沖器大小與信元丟失率的關(guān)系可以反映出來(lái)55中央排隊(duì)策略的隊(duì)列大小輸出排隊(duì)和中央排隊(duì)中信元丟失率與隊(duì)列大小的關(guān)系每輸出鏈路的隊(duì)列大小

(cells)2040608010010-1010-810-610-410-2信元丟失率p=0.8p=0.9p=0.8p=0.9中央排隊(duì)輸出排隊(duì)5610203040506000.20.40.60.8交換規(guī)模(出線數(shù))存儲(chǔ)器減少率中央排隊(duì)策略的隊(duì)列大小

中央排隊(duì)與輸出排隊(duì)相比的隊(duì)列存貯器減少條件：信元丟失率10-9，p=0.8中央排隊(duì)所需的存儲(chǔ)器數(shù)量中央排隊(duì)比輸出排隊(duì)減少的存儲(chǔ)器數(shù)量減少率=57中央排隊(duì)策略的性能在保證相同信元丟失率的條件下，中央排隊(duì)比輸出排隊(duì)需要更少的隊(duì)列緩沖器隊(duì)列緩沖器的減少量與交換單元的規(guī)模N有關(guān)

N越大，存儲(chǔ)器的統(tǒng)計(jì)復(fù)用度越高，隊(duì)列存儲(chǔ)器節(jié)省越多58計(jì)算機(jī)仿真建立數(shù)學(xué)模型的局限性建立一個(gè)一般化的模型很困難;需要在一定的假設(shè)條件下進(jìn)行簡(jiǎn)化;所得到的結(jié)果信息有限.利用計(jì)算機(jī)仿真快速取得結(jié)果;容易修改模型和條件，得到更具有普遍意義的結(jié)論.59計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果三種排隊(duì)策略隊(duì)列大小與負(fù)荷的關(guān)系隊(duì)列大小(cells)負(fù)荷(%)102030405060708090100O2468101214161820輸入排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)信元丟失率

10-360排隊(duì)策略的性能分析三排隊(duì)策略性能分析的結(jié)論輸入排隊(duì)最大可能承擔(dān)的負(fù)荷：58.6%通常在實(shí)際中不可用輸出排隊(duì)負(fù)荷小于0.8時(shí)，平均等待時(shí)間、平均隊(duì)列長(zhǎng)度很小中央排隊(duì)負(fù)荷小于0.8時(shí)，平均等待時(shí)間、平均隊(duì)列長(zhǎng)度很小與輸出排隊(duì)相比，可大大減少隊(duì)列長(zhǎng)度61排隊(duì)策略對(duì)物理實(shí)現(xiàn)的要求采用不同排隊(duì)策略實(shí)現(xiàn)基本交換模塊的物理要求不同影響排隊(duì)系統(tǒng)（基本交換模塊）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的參數(shù)隊(duì)列大小:取決于采用的排隊(duì)原則系統(tǒng)的性能要求（信元丟失率、負(fù)荷、時(shí)延等）存貯器速度:取決于交換單元的規(guī)模、排隊(duì)原則、鏈路速率和存貯器位寬等存貯器控制算法:依賴于排隊(duì)原則，不同排隊(duì)方法的控制算法不同設(shè)計(jì)排隊(duì)系統(tǒng)時(shí)，常常受到半導(dǎo)體工藝和技術(shù)的限制：最新可用的芯片技術(shù);芯片的特征尺寸和工作頻率;集成度，它直接決定了基本交換單元的大小.實(shí)現(xiàn)交換單元時(shí)，很有必要分析其物理實(shí)現(xiàn)的需求。62隊(duì)列的控制邏輯：簡(jiǎn)單的FIFO控制交換傳輸媒體:物理媒體速率必須達(dá)到N*F才能保證沒(méi)有信元內(nèi)部阻塞;對(duì)廣播和組播功能的支持:每一入線都可以到達(dá)所有輸出隊(duì)列，因此很容易實(shí)現(xiàn)廣播和組播.輸出排隊(duì)策略的實(shí)現(xiàn)參數(shù)緩沖存儲(chǔ)器在一個(gè)信元周期內(nèi)完成N+1次信元操作（N次寫(xiě)操作，1次讀操作），要求存儲(chǔ)器的訪問(wèn)時(shí)間為：?jiǎn)味丝诖鎯?chǔ)器:雙端口存儲(chǔ)器:W-位寬F-信元速率N-交換單元規(guī)模

63輸入排隊(duì)策略的實(shí)現(xiàn)參數(shù)緩沖存儲(chǔ)器一個(gè)信元周期內(nèi)緩沖存儲(chǔ)器被入線和出線各訪問(wèn)一次，訪問(wèn)時(shí)間為：隊(duì)列的控制邏輯：簡(jiǎn)單的FIFO控制交換傳輸媒體:由于輸入排隊(duì)策略自身的缺陷，在輸入隊(duì)列處一定存在信元溢出，因此傳輸媒體的速率可以低于N*F;對(duì)廣播和組播功能的支持:必須附加控制邏輯來(lái)避免出線上的競(jìng)爭(zhēng)，才能支持廣播和組播功能。單端口存儲(chǔ)器：雙端口存儲(chǔ)器：

64中央排隊(duì)策略的實(shí)現(xiàn)參數(shù)緩沖存儲(chǔ)器所有入線和出線需同時(shí)訪問(wèn)中央隊(duì)列，訪問(wèn)時(shí)間為：隊(duì)列的控制邏輯:由于所有的信元都隨機(jī)存儲(chǔ)在隊(duì)列緩沖器中，因此需要更加復(fù)雜的存儲(chǔ)控制技術(shù)，例如計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中所采用的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配技術(shù)，同時(shí)要求控制邏輯的工作速度極高;交換傳輸媒體:若要求信元無(wú)內(nèi)部阻塞，兩部分的物理傳輸媒體速率都必須達(dá)到N*F;

對(duì)廣播和組播功能的支持：實(shí)現(xiàn)困難.單端口存儲(chǔ)器：雙端口存儲(chǔ)器：65不同排隊(duì)策略的存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間三種排隊(duì)策略的存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間交換單元規(guī)模 N=16存儲(chǔ)器位寬 W=16信元速率 F=150Mb/s計(jì)算得到的存貯器訪問(wèn)時(shí)間:比較的方面輸入排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)單端口存儲(chǔ)器53.3ns6.3ns3.8ns雙端口存儲(chǔ)器106.6ns6.7ns6.7ns66三種排隊(duì)策略的實(shí)現(xiàn)參數(shù)比較比較的方面輸出排隊(duì)輸入排隊(duì)中央排隊(duì)存儲(chǔ)器速度高低高控制邏輯FIFOFIFO復(fù)雜緩沖器大小大很大小性能高低高支持組播容易困難困難67思考題ATM交換的關(guān)鍵技術(shù)包括哪兩方面？ATM交換系統(tǒng)的組成包括哪些部分？在ATM系統(tǒng)中，為什么要采用排隊(duì)技術(shù)？排隊(duì)方式有幾種？分別具有哪些特點(diǎn)？在交換系統(tǒng)中常用的排隊(duì)方式是哪種？對(duì)交換系統(tǒng)的排隊(duì)方式研究，其研究方法可以包括哪幾種？68ATM基本交換結(jié)構(gòu)-----交換模塊基本交換模塊的組成基本交換模塊的分類幾種典型的交換單元69基本交換模塊的組成基本交換模塊的組成入線控制器（IC）：用于輸入端口的控制；出線控制器（OC）：用于輸出端口的控制；傳輸網(wǎng)絡(luò)：由VLSI構(gòu)成的信元高速傳輸交換通路．基本交換模塊的容量規(guī)模?。和ǔ閺?x2到16x16、32x32；端口速率：從155Mbit/s、622Mbit/s到2.5Gbit/s；基本交換模塊需要在IC、OC或傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部提供排隊(duì)功能ICIC傳輸網(wǎng)絡(luò)OCOC70基本交換模塊的分類傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)決定了基本交換模塊的性能特征。按照傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，基本交換模塊可分為兩類：基于矩陣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于時(shí)分復(fù)用介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)71基本交換模塊的分類基于矩陣結(jié)構(gòu)的交換單元所有的輸入線和輸出線互連構(gòu)成矩陣網(wǎng)格，信元通過(guò)網(wǎng)格接點(diǎn)并行傳送?；跁r(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)的交換單元輸入線和輸出線通過(guò)時(shí)分復(fù)用的方式共享傳輸介質(zhì)或存儲(chǔ)介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)信元交換?；跁r(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)的交換單元又可分為：共享總線式交換單元環(huán)型交換單元中央存貯式交換單元72幾種典型的交換單元交換模塊是構(gòu)成ATM交換機(jī)構(gòu)的基本單元，典型的交換單元包括：基于矩陣結(jié)構(gòu)的交換單元----Knockout交換單元總線式交換單元----Cellbus交換單元環(huán)型交換單元中央存貯式交換單元Roxanne交換單元ISE73基于矩陣結(jié)構(gòu)的交換單元（機(jī)理）ICICICIC123NOCOCOCOC12N374基于矩陣結(jié)構(gòu)的交換單元每條輸入線驅(qū)動(dòng)一條總線;總線上的信息速率等于入線的速率;信元通過(guò)總線傳輸?shù)饺我庖粭l出線上;來(lái)自各入線的信元可以并行地傳輸;為避免信元競(jìng)爭(zhēng)出線時(shí)可能發(fā)生的丟失，需要在每個(gè)出線上增加緩沖器.（輸出排隊(duì)）75矩陣結(jié)構(gòu)的加速因子加速因子是衡量矩陣交換單元性能的重要參數(shù)；加速因子的定義在一個(gè)時(shí)隙（信元周期）內(nèi)，可由輸出緩存器接收的最大信元數(shù)決定加速因子的因素：輸出緩存器的容量交換單元工作速率加速因子K的值不會(huì)超過(guò)交換單元的規(guī)模N；只有當(dāng)K=N時(shí)，才可保證交換單元是無(wú)內(nèi)部阻塞的.76輸出端口的隊(duì)列組織輸出端口隊(duì)列的組織方式來(lái)自所有入線的信元共享一個(gè)隊(duì)列該方法管理簡(jiǎn)單，信元按FIFO原則獲得服務(wù)，但要求緩沖存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度很高。為不同的入線劃分多個(gè)子隊(duì)列該方法可有效降低緩沖存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度；但在每一個(gè)信元周期中，輸出端口都需要借助仲裁機(jī)制從多個(gè)隊(duì)列中選擇一個(gè)信元，進(jìn)行輸出服務(wù)。輸出端口提供輸出服務(wù)時(shí)所依據(jù)的仲裁原則：隨機(jī)性原則依據(jù)時(shí)延的原則依據(jù)狀態(tài)的原則輪循原則77Knockout交換單元12N12N廣播總線出線入線總線接口總線接口總線接口78Knockout交換單元傳輸媒體由N條廣播總線組成，每條入線驅(qū)動(dòng)一條廣播總線;傳輸媒體無(wú)阻塞;每條出線通過(guò)一個(gè)總線接口可以訪問(wèn)到所有的入線;總線接口中需要設(shè)置隊(duì)列緩沖器;優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展簡(jiǎn)單;支持廣播和組播功能容易.總線接口的集中功能降低了隊(duì)列的操作速度，但引入了信元丟失.79Knockout單元總線接口集中器信元過(guò)濾器移位器FFFF信元緩沖出線12L12N3入線共享緩沖器80Knockout單元總線接口信元丟失率

=

110-110-210-310-410-510-610-710-810-910-1010-1110-12信元丟失率p=90%L1

2

3

4

56789

101112110-110-210-310-410-510-610-710-810-910-1010-1110-12信元丟失率

N=L1

2

3

4

56789

101112N=N=64N=32N=16p=100%p=90%p=80%p=70%p=60%81總線式交換單元（機(jī)理）共享總線ICICICICOCOCOCOC123N123N總線速率應(yīng)大于

N倍端口速率82總線式交換單元傳輸介質(zhì)是高速時(shí)分復(fù)用總線高速總線通常需要采取一定措施防止信號(hào)反射?？偩€的容量決定交換單元的容量只有總線容量大于各輸入端口容量之和時(shí)，才能保證交換單元是內(nèi)部無(wú)阻塞的。需要控制邏輯來(lái)控制各入線對(duì)總線的分時(shí)訪問(wèn)提高總線的位寬，可增加總線的吞吐率輸出端口需要增加緩沖存儲(chǔ)器（輸出排隊(duì)）輸入端口需要信元緩沖器，用于信元暫存和速率匹配83Transwitch的Cellbus交換單元ICSDH接口1Cellbus（32bits）OCCubitICSDH接口32OCCubitTT總線仲裁UTOPIAUTOPIA物理層ATM層84Cellbus交換單元32位信元數(shù)據(jù)總線（GTL），最大支持32端口；集成的端口控制器Cubit，各端口具有唯一總線地址；端口控制器可通過(guò)UTOPIA

接口連接各種物理層設(shè)備；總線上劃分信元周期,在每個(gè)周期內(nèi)，只允許唯一端口發(fā)送信元，仲裁邏輯判定獲得總線控制權(quán)的端口控制器；時(shí)間信元周期n16CLKs信元周期n+1信元周期n-1總線申請(qǐng)總線申請(qǐng)確認(rèn)信元數(shù)據(jù)85端口控制器結(jié)構(gòu)信元同步尋址和信元頭翻譯4發(fā)送FIFO選路表Cubit時(shí)鐘/仲裁Cellbus時(shí)鐘/仲裁信號(hào)處理器接口128接收FIFOUTOPIA接口86Cubit單元結(jié)構(gòu)4信元的發(fā)送緩沖器，用于速率匹配；128信元的接收緩沖器（輸出排隊(duì)）；時(shí)鐘電路根據(jù)總線時(shí)鐘產(chǎn)生內(nèi)部工作時(shí)鐘；尋址和翻譯機(jī)構(gòu)根據(jù)VPI/VCI指定輸入信元的Cellbus目的地址，并對(duì)輸入信元的VPI/VCI進(jìn)行翻譯；處理器接口用于接受控制系統(tǒng)的指令.87總線信元周期的構(gòu)成CLK0CLK1CLK2CLK15CLK14總線申請(qǐng)信元地址信元體52字節(jié)總線申請(qǐng)確認(rèn)31016個(gè)時(shí)鐘脈沖（CLOCK）組成；CLK0為總線申請(qǐng)周期；CLK15為總線申請(qǐng)的確認(rèn)周期；CLK1：信元目的總線地址，用于尋址到相應(yīng)的目的端口；CLK2~CLK14：承載信元體；當(dāng)總線的工作速率為40MHz時(shí)，交換單元的有效信元交換容量為：32bitx40MHzx13/16=1Gbit/s88環(huán)型交換單元（機(jī)理）ICIC12ICNOCOCOC12N端口速率K，環(huán)速率R可小于NxK環(huán)型介質(zhì)時(shí)隙89環(huán)型交換單元環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：所有IC和OC通過(guò)環(huán)型介質(zhì)連接環(huán)上劃分為多個(gè)時(shí)隙（slot），每個(gè)時(shí)隙可裝載一定量的信息；一個(gè)信元周期中，多個(gè)IC可以利用介質(zhì)環(huán)上的不同時(shí)隙來(lái)傳送信元；介質(zhì)的利用率高；介質(zhì)的工作速率可以低于各輸入端口的速率之和；介質(zhì)環(huán)的工作速率越高，可劃分的時(shí)隙數(shù)越多，吞吐量越大。實(shí)現(xiàn)比總線式交換單元復(fù)雜；提高環(huán)型介質(zhì)的位寬，可增加交換單元的吞吐率；輸出端口需要增加緩沖存儲(chǔ)器（輸出排隊(duì)）；輸入端口需要信元緩沖器，用于信元暫存和速率匹配.90ICIC12ICNOCOCOC12N共享存儲(chǔ)器中央存貯式交換單元（機(jī)理）91中央存貯式交換單元基于中央排隊(duì)模型，IC和OC以時(shí)分復(fù)用方式共享存儲(chǔ)器；輸入信元通過(guò)IC寫(xiě)入公共緩沖存儲(chǔ)器中，OC也從公共緩沖存儲(chǔ)器中讀取信元，存貯器的控制比較復(fù)雜；大大節(jié)省存儲(chǔ)空間，但緩沖存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度很高：可以采用提高信息處理位寬的方式來(lái)降低存貯器訪問(wèn)速率，即在IC和OC中完成信元數(shù)據(jù)的串-并/并-串轉(zhuǎn)換。存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間：92中央存貯式交換單元ICIC12ICNOCOCOC12NMUXDEMUX共享存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器控制器93Roxanne交換單元ISE串-并變換OR12NOROR緩沖器控制SBM123C地址TDM總線并-串變換共享緩沖存儲(chǔ)器IR12LatchIRLatchNIRLatchMUX寫(xiě)入控制輸入選路邏輯讀出控制TDM總線94思考題ATM的基本交換模塊包括哪些基本組成部件？對(duì)基本交換模塊如何進(jìn)行分類？以一種典型的基本交換單元為例，說(shuō)明其工作原理。95ATM交換機(jī)構(gòu)和交換系統(tǒng)ATM交換機(jī)構(gòu)單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展交換矩陣網(wǎng)絡(luò)混合式互換網(wǎng)絡(luò)多級(jí)互連網(wǎng)（MIN）96ATM交換機(jī)構(gòu)ATM交換機(jī)構(gòu)（或交換網(wǎng)絡(luò)）是由大量基本交換模塊構(gòu)成的;交換機(jī)構(gòu)的規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)百條到數(shù)萬(wàn)條出入線?；窘粨Q模塊構(gòu)成交換機(jī)構(gòu)時(shí)需要依照一定的結(jié)構(gòu);交換機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組織方式?jīng)Q定了交換機(jī)構(gòu)的特性;根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組織方式，交換機(jī)構(gòu)可大體分為：?jiǎn)渭?jí)交換網(wǎng)絡(luò)多級(jí)互連網(wǎng)（MIN）97單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)的特征：信元從輸入到輸出的過(guò)程中，只需要經(jīng)過(guò)一次確定傳輸路徑的過(guò)程。單級(jí)結(jié)構(gòu)的交換網(wǎng)絡(luò)包括：擴(kuò)展交換矩陣網(wǎng)絡(luò)混合式互換網(wǎng)絡(luò)98擴(kuò)展交換矩陣網(wǎng)絡(luò)NxNNxNNxNNxNNxNNxNNxNNxNNxNNNNNNN01M-101M-1輸入端口輸出端口（NxM）隊(duì)列緩存99混合式互換網(wǎng)絡(luò)0123456701234567輸入端口輸出端口反饋回路100多級(jí)互連網(wǎng)（MIN）多級(jí)互連網(wǎng)（MIN）的定義多級(jí)互連網(wǎng)中的路由多級(jí)互連網(wǎng)的內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)多級(jí)互連網(wǎng)的分類典型的多級(jí)互連網(wǎng)101多級(jí)互連網(wǎng)（MIN）的定義由基本交換模塊構(gòu)成2x2到32x32使用大規(guī)模的基本交換模塊可以減少交換機(jī)構(gòu)的級(jí)數(shù)交換網(wǎng)絡(luò)中信元從輸入端到輸出端至少需要經(jīng)過(guò)兩次以上的過(guò)程來(lái)確定傳輸路徑入線到出線的全連通性內(nèi)部通路的共享基本交換模塊3-stageMIN102多級(jí)互連網(wǎng)中的路由信元在MIN中從入線到出線所走過(guò)的路由可以用一串?dāng)?shù)字來(lái)表示，即稱為路由標(biāo)簽。MIN需要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題——路由選擇012345678910111213141501234567891011121314150010001001100110多級(jí)互連網(wǎng)中的路由可以根據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分MIN中的選路方法根據(jù)路由信息安放的位置基于信元：信元自尋路（Self-routing）方式基于網(wǎng)絡(luò)：路由表控制（RoutingTableControlled）方式根據(jù)完成選路決策的時(shí)間基于連接：內(nèi)部面向連接，路由在連接建立時(shí)確定基于信元：每個(gè)信元逐個(gè)進(jìn)行路由選擇103104根據(jù)路由信息位置的選路劃分基于信元的自尋路方式路由信息存放在路由標(biāo)簽中，添加到每一個(gè)信元的前頭；路由標(biāo)簽包含MIN中各級(jí)的路由信息，并逐級(jí)被解析；需要在交換機(jī)構(gòu)邊緣設(shè)置存儲(chǔ)器，以向各信元添加路由標(biāo)簽；該方法增加了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的帶寬開(kāi)銷；實(shí)現(xiàn)組播比較困難?；诰W(wǎng)絡(luò)的路由表控制方式在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的每一級(jí)提供逐級(jí)的路由標(biāo)記（VPI/VCI）的翻譯功能（針對(duì)VPI/VCI）

，或者也可采用全局路由控制表；在各交換單元中或在整個(gè)MIN中，需要設(shè)置存儲(chǔ)器來(lái)存放路由信息；不增加網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的帶寬開(kāi)銷，且易于實(shí)現(xiàn)廣播和組播。105自尋路方式的路由選擇VPI/VCI分析表

AX1101InputOutputRoutingHeaderAcell1101XRHcellXcell1101106路由表控制的路由選擇AEcellcell路由表

AB1IOR

BC1IOR

CD0IOR

DE1IOR107根據(jù)選路決策時(shí)間的選路劃分基于連接的選路：僅在連接建立時(shí)進(jìn)行一次路由選擇內(nèi)部面向連接，連接中所有信元使用相同的路由，可保證信元的順序;在建立新連接時(shí)，需要分配內(nèi)部資源，連接可能因資源不足而拒絕;若使用路由表控制法，需要在連接建立時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)路由表;資源基于單條鏈路共享?；谛旁倪x路：對(duì)每個(gè)信元逐個(gè)進(jìn)行路由選擇同一連接中的信元可使用不同的路徑穿越MIN;信元到達(dá)可能不能保證原有的順序，因此需要重新排序;若使用路由表控制法，則需要具有全局意義的路由表;資源在所有鏈路上被共享。108多級(jí)互連網(wǎng)的路由方式四種組合的路由選擇方法基于連接的路由標(biāo)簽法(I) 基于信元的路由標(biāo)簽法(II)基于連接的路由表控制(III) 基于信元的路由表控制(IV)應(yīng)采用的路由選擇策略合理地將業(yè)務(wù)量分配到MIN

中，使其內(nèi)部阻塞率降低；隨機(jī)選擇、根據(jù)目的地選擇.路由選擇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)集中式路由選擇，由中央處理機(jī)進(jìn)行通路搜尋；分布式逐級(jí)選擇，根據(jù)各交