【正文】 和分組交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 圖 ATM信元格式 5 個(gè)字節(jié)信頭A T M 信元 UNI NNI 字節(jié) 1 2 3 4 5UNI ：用戶 — 網(wǎng)絡(luò)接口G F C ：一般流量控制域V P I ：虛路徑標(biāo)識(shí)符 8 b i t ( 1 2 b i t )VCI ：虛信道標(biāo)識(shí)符 1 6 b i t 4 8 個(gè)字節(jié)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(wǎng)絡(luò) — 節(jié)點(diǎn)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(yōu)先級(jí) 1 b i t第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 2． 虛信道與虛路徑 ATM的主要特點(diǎn)之一 ， 就是攜帶用戶信息的全部信元的傳輸 、 復(fù)用和交換過(guò)程 ， 均是在虛信道上進(jìn)行的 。 虛信道 (VC， Virtual Channel)是在兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間運(yùn)送ATM信元的通信通路 ， 由信頭中的虛信道標(biāo)識(shí)符 (VCI)來(lái)區(qū)分不同的虛信道 。 它可用于用戶到用戶 、 用戶到網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)之間的信息轉(zhuǎn)移 。 虛路徑 (VP， Virtual Path)是一種鏈路端點(diǎn)之間虛信道的邏輯聯(lián)系 。 虛信道在傳輸過(guò)程中將組合在一起構(gòu)成虛路徑 。物理傳媒和 VC、 VP的關(guān)系如圖 。 虛路徑就是在給定的參考點(diǎn)上具有同一虛路徑標(biāo)識(shí)符 (VPI)的一群虛信道 ，VPI也在信頭中傳送 。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 圖 物理傳媒和 VC、 VP的關(guān)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(xiàn)代交換技術(shù) ATM交換技術(shù)中的接續(xù)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(gè)或多個(gè)連接，以在網(wǎng)絡(luò)上提供點(diǎn)至點(diǎn)或一點(diǎn)至多點(diǎn)的信元轉(zhuǎn)移。虛信道連接 VCC和虛路徑連接 VPC的關(guān)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(gè)特定的 VCI都沒(méi)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(gè)虛路徑連接 VPC。這個(gè) VPC可以由多段 VP鏈路連接而成，每當(dāng) VP被交換時(shí)， VPI就要改變，但是整個(gè) 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(gè) VPC中都不改變它的值。因此，可以得出結(jié)論： VCI值改變時(shí)支持它的 VPI也一定相應(yīng)地變化了，而 VPI改變時(shí)，其中的 VCI不一定變化。換句話說(shuō)，VP可以單獨(dú)交換，而 VC交換必然和 VP交換一起進(jìn)行。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 圖 VCC和 VPC的關(guān)系 VCC 端點(diǎn)VC 鏈路VCI x VCI z虛信道連接 V C CVCC 端點(diǎn)虛信道V P C 端點(diǎn)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(diǎn)第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) VP交換是將一條 VP上所有的 VC鏈路全部轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單 ， 往往只是傳輸通道中某個(gè)等級(jí)數(shù)字復(fù)用線的交叉連接 。 VC交換要和 VP交換同時(shí)進(jìn)行 。 當(dāng)一條 VC鏈路終止時(shí) ，VPC也就終止了 。 這個(gè) 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(shí)現(xiàn)方法與采用的技術(shù)將在下面詳細(xì)介紹 。 對(duì)于交換型業(yè)務(wù)而言，基本的 ATM選路實(shí)體是虛信道(VC)，復(fù)用器 /分路器和交換機(jī)對(duì)虛信道進(jìn)行處理。虛信道在虛路徑上進(jìn)行集中，虛路徑通過(guò)復(fù)用器 /分路器和虛路徑交換機(jī)選路 (插、分電路和交叉連接 )。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 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(diǎn)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(xiàn)代交換技術(shù) 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(jié)點(diǎn)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(gè)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(wù)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(gè)功能又叫做路由選擇；另一個(gè)功能是時(shí)間交換，即將信元從一個(gè)時(shí)隙改換到另一時(shí)隙。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 應(yīng)該注意的是： ATM的邏輯信道和時(shí)隙并沒(méi)有固定的關(guān)系，邏輯信道的身份是靠信頭值來(lái)標(biāo)志的，因此時(shí)間交換是靠信頭翻譯來(lái)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(shí)間交換的功能可以用一張翻譯表來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖 的翻譯表。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 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(duì)列數(shù)據(jù)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(xiàn)代交換技術(shù) 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(tǒng)計(jì)復(fù)用的，每個(gè)邏輯信道上信元的出現(xiàn)是隨機(jī)的。因此，可能會(huì)出現(xiàn)在同一時(shí)刻兩條或多條輸入線路上的信元要求轉(zhuǎn)到同一條輸出線路上去，即存在競(jìng)爭(zhēng) (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(shí)引起信元丟失，交換節(jié)點(diǎn)中應(yīng)提供一系列緩沖區(qū)，供同時(shí)到達(dá)的信元排隊(duì)用。這個(gè)隊(duì)列造成了信元在交換節(jié)點(diǎn)內(nèi)的時(shí)延，這個(gè)時(shí)延是隨機(jī)的，它與緩沖器的位置、結(jié)構(gòu)以及緩沖長(zhǎng)度有關(guān)。當(dāng)緩沖器存滿后，就會(huì)產(chǎn)生信元丟失，因此，緩沖排隊(duì)方式直接影響交換節(jié)點(diǎn)性能的好壞。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 目前 ， 根據(jù)緩沖器位置可將信元排隊(duì)方式分成下面五類 。 l) 輸入排隊(duì)方式 輸入排隊(duì)方式為每條輸入線路設(shè)置專用緩沖器來(lái)解決可能出現(xiàn)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(duì)所有輸入隊(duì)列輪流查詢或者根據(jù)輸入隊(duì)列的長(zhǎng)度來(lái)選擇優(yōu)先者等辦法 。 采用輸入排隊(duì)方式，使輸入緩沖的位置可以和交換結(jié)構(gòu)分開，簡(jiǎn)化了交換單元的設(shè)計(jì)，亦可避免緩沖器以幾倍于端口的速率進(jìn)行操作，有利于采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸入緩沖，如圖 。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 圖 輸入排隊(duì)方式 仲裁邏輯交換結(jié)構(gòu)輸入＃ 1 輸出＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…輸出＃ 2輸出＃ N…第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 該方式的最大缺點(diǎn)是存在隊(duì)頭阻塞 (HOL， Head of Line Blocking)現(xiàn)象，即當(dāng)一個(gè)緩沖隊(duì)列的隊(duì)頭沒(méi)有接到“放行”命令時(shí)，其后面的所有信元都必須在隊(duì)列中等待，即使它的目的地是一條空閑的出線，也不能越過(guò)隊(duì)頭而進(jìn)行交換，因而導(dǎo)致性能下降 (吞吐率降低、平均時(shí)延加大等 )。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 2) 輸出排隊(duì)方式 輸出排隊(duì)方式在每條出線處設(shè)置緩沖 FIFO， 不同入線競(jìng)爭(zhēng)同一出線的信元可在同一個(gè)信元時(shí)間內(nèi)同時(shí)到達(dá)該出線 ， 但它們必須在輸出 FIFO中排隊(duì) ， 然后依次逐個(gè)送到出線上去 ， 如圖 。 顯然 ， 在輸入端無(wú)需加仲裁器 。采用該方式的交換機(jī) ， 不存在 HOL阻塞和排隊(duì)時(shí)延大的缺點(diǎn) ， 同時(shí)控制較簡(jiǎn)單 ， 易于實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn)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(shù) )， 以便在 N條入線的信元同時(shí)要去同一出線時(shí) ，不會(huì)出現(xiàn)信元丟失 。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 圖 輸出排隊(duì)方式 交換結(jié)構(gòu)輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 3) 中央排隊(duì)方式 中央排隊(duì)方式是在交換結(jié)構(gòu)的中央設(shè)一個(gè)緩沖器 ， 這個(gè)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(jù)路由表選定每個(gè)信元的出線 ， 并按先進(jìn)先出的原則讀取信元 。 采用中央排隊(duì)方式的交換單元，緩沖器的利用率最高，即如果出、入線的負(fù)荷相同，允許的信元丟失率也相同，采用中央排隊(duì)的交換單元需要的緩沖容量最小，但控制邏輯復(fù)雜，要求緩沖器的存取速率高，當(dāng)交換單元為 N N時(shí)，存在 N個(gè)信元同時(shí)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(xiàn)代交換技術(shù) 圖 中央排隊(duì)方式 交換結(jié)構(gòu)輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…交換結(jié)構(gòu)輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 4) 輸入 /輸出排隊(duì)方式 輸入 /輸出排隊(duì)方式將輸入排隊(duì)和輸出排隊(duì)這兩種方式結(jié)合起來(lái)，在輸入端和輸出端都有緩沖器，可以解決輸出排隊(duì)方式中突發(fā)性業(yè)務(wù) (這類業(yè)務(wù)的峰值比特率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平均比特率，如 LAN的數(shù)據(jù)傳送 )信元丟失問(wèn)題。因此，當(dāng)前不能處理的信元不會(huì)被丟棄，而是保存在輸入緩沖器中，如圖 。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 圖 輸入 /輸出排隊(duì)方式 交換結(jié)構(gòu)輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N…第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 5) 重環(huán)回排隊(duì)方式 在重環(huán)回排隊(duì)方式中，輸出端口競(jìng)爭(zhēng)的處理方法是將在當(dāng)前時(shí)隙中無(wú)法輸出的信元，通過(guò)一組重環(huán)回緩沖器重新送到輸入端口。通常情況下，它可達(dá)到輸出排隊(duì)方式的性能。但如果在某一時(shí)隙要求環(huán)回的信元數(shù)大于重環(huán)回端口數(shù)，則要丟棄交換單元中的某些信元。另外，重環(huán)回信元可使同一個(gè)邏輯信道的信元產(chǎn)生輸出錯(cuò)序，必須采取相應(yīng)的輸出排序措施，如圖 。 通常，我們從下面幾個(gè)方面考慮各種排隊(duì)方式的性能：吞吐率，緩沖器利用率，排隊(duì)時(shí)延和時(shí)延變化 (抖動(dòng) )，緩沖排隊(duì)的控制邏輯，緩沖存儲(chǔ)的規(guī)模 (容量和數(shù)量 )，緩沖存儲(chǔ)器的存取速率，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)和廣播通信的難易。以上幾種信元排隊(duì)方式性能的比較優(yōu)劣如表 。 第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 圖 重環(huán)回排隊(duì)方式 …交換結(jié)構(gòu)輸出＃ 1輸出＃ 2輸出＃ N…輸入＃ 1輸入＃ 2輸入＃ N……… …第 4章 現(xiàn)代交換技術(shù) 表 信元排隊(duì)方式性能比較 性能 排隊(duì)方式 吞吐 率 緩沖器 利用率 時(shí)延 控制 規(guī)模 存儲(chǔ)器 讀 /寫速度 實(shí)現(xiàn)點(diǎn) 到多點(diǎn) 輸入排隊(duì) 低 較低 時(shí)延大 抖動(dòng)大 仲裁邏輯 較復(fù)雜 大 低 困難