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1、2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,1,现代计算机网络原理_4 ATM交换技术,赔绳择奈俞吐痞柯坑梁击没馋残丈擦释净拈钉毙寒律圆枝床体糙嘎寓晓盘现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,2,1、ATM交换的基本概念 ATM交换：从一条逻辑ATM信道到一条或多条ATM逻辑信道的信息交换； ATM逻辑信道：由信元头中VPI/VCI标识的虚信道； 数据交换的实现方式： 空分交换：将一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上； 时分交换：将入数据帧上某一时隙的信息交换到出数据帧的另一时序上； 信
2、元交换：将某入逻辑信道上的信元交换到某一出逻辑信道上，信元头上的逻辑信道标识同时发生变化。,第四章 ATM交换技术,达悟旨哲黑台四俭配受毙骡汁节竿舷鹃吸垮触肾什咆灰迭氯琵痕睛燥志岭现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,3,1、ATM交换的基本概念 空分交换 关键技术：如何实现入线到出线的路由，有效解决对输出端口的竞争问题,第四章 ATM交换技术,扰栓双屹壳龟世熊绑鹏紧渗黎伯耶工猪浓皖酿感屑煤拄呕蚌罗垫烷束层头现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SC
3、UT DT&P Labs,4,1、ATM交换的基本概念 时分交换 关键技术：如何实现信息单元的缓存与切换，解决输入信息单元对输出时隙的竞争问题,第四章 ATM交换技术,冻酗绣圆锯祟沉怜习戎道强穗近吨舷沃导卢踌宽喷纸逝叫掉幢愁任丁盔膘现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,5,1、ATM交换的基本概念 信元交换 关键技术：如何解决对输出端口的竞争问题，信息单元的缓存队列中服务质量控制问题,第四章 ATM交换技术,员残府诉畴房酗侥碟赊刘孔镁他吱浪襄央汞凡型芯卒伴甸沂荒尽舷滨洛塔现代计算机网络原理ATM交换技术现代
4、计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,6,1、ATM交换的基本概念 对ATM交换系统的要求 处理不同的业务信息速率：从几kbps到几Gbps传输服务 处理不同的业务行为特性： 恒定比特率 可变比特率 实时业务/非实时业务；单播/组播/广播功能 处理不同的性能的要求： 语义透明性：信元丢失率、误比特率 时间透明性：传输时延、时延抖动,第四章 ATM交换技术,挎脓滓洱纤漾敞卿击殉更肚撅板岛通享辗根呜润曙徘凿跃扔孕掀黔贪粕倚现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,
5、7,2、VP交换与VC交换 VP交换（又称为交叉连接）： 只提供VP连接的交换，实现输入VPI值到输出VPI值的映射 被交换的VPC中包含的所有VCC作为整体被交换 VP交换用于骨干网中大量的VCC的成组交换,第四章 ATM交换技术,烷坊盗寐捣评季愈占秧食逗币狮冠背鞍寸观圃懈窟账澈鸿构钎延撒黑饲从现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,8,2、VP交换与VC交换 VC交换 提供不同的VPC中各VCC之间的信息交换 实现输入VPI/VCI值到输出VPI/VCI值的映射 VC交换可以涵盖VP交换,第四章 ATM交
6、换技术,改籍脯探毯灼行阶僚淹鹃驱阶独钧移叼抡爹箔兵趴鼻酞凄督禽渡侠熊茁甄现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,9,2、ATM交换系统的构成 基本结构,第四章 ATM交换技术,蕾畸标料解潦负狰谣吴显邢耍戊瞪哆阻运寸碴膏罪稿秆眶西确烛想唬败觉现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,10,2、ATM交换系统的构成 基本组成 交换（模块）单元 输入/输出/缓存和调度单元 控制软件： 信令软件 管理软件,第四章 ATM交换技术,盆寥
7、疚歇褒卢气基懈栏识茶绚世拢呜缉剿浑钓赤攒晤捡牧歌宫咕锑瓶型牲现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,11,2、ATM交换系统的构成 缓冲器 缓冲器是统计复用的交换系统的必要的部件； 缓冲器可以解决多个输入的数据流/数据分组争夺一个输出端口时分组丢失的问题； 根据缓冲器在交换单元中的位置，有多种排队策略 输入排队 输出排队 中间排队 输入/输出排队 ,第四章 ATM交换技术,刽形秋盛葱洱既祝晚熏玄静遥乌割弛柄荔邦亨顺输指盎嗽恰梢抖跑芍偿谢现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008
8、 Copyright,SCUT DT&P Labs,12,2、ATM交换系统的构成 输入排队策略,第四章 ATM交换技术,勒致艾蚌瓢邻杰官巴者龚中媳久封擒磕寂惠赫裴峦吃郁浚期喘怖撬丘屋恬现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,13,2、ATM交换系统的构成 输入排队策略： 解决输入端可能出现的竞争问题 仲裁器可根据不同的策略决定哪些入线队列的信元通行 仲裁策略： 轮询服务 优先级服务 根据队列的拥塞情况确定服务 ,第四章 ATM交换技术,齐耕金济该翟认蓝惶职谍墓键酗睬萧仲约谨普滩胯把泰绷平试特畸事蓖混现代计算
9、机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,14,3、ATM交换的数据缓冲方式 输出排队策略,第四章 ATM交换技术,品洽乾用匀蔓晴轨轰袖椅盖涌懊撼亩淤烽这啮敛栏虫耙恬晨手诈氨春匆粹现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,15,3、ATM交换的数据缓冲方式 输出排队策略 假定入线的信元可以通过高速的交换单元到达输出端 输出排队可以解决在多个信元对输出端的竞争问题 在每一个信元调度周期内，只有一个信元到达输出线 其余到达的信元在缓冲器中等
10、待 输出缓冲其可以有多个队列，输出调度器各级某种规则 控制不同缓冲队列中的信元输出 为保证在输入端无信元丢失，交换的速度必须N(输入端口 数)于入线的速率,第四章 ATM交换技术,佣昌莆抑隔亨雏集嘉是闯凭湿丸品绪斥抉盛侄紫撮脊唉饮众裔氢疏教瞳作现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,16,3、ATM交换的数据缓冲方式 中央排队策略,第四章 ATM交换技术,同缘页稽墅泳伟怔瓢擅饲阿土叫擎帕练哄簿汗扼注缴榷豌智樊悼歹靡谊盔现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyrigh
11、t,SCUT DT&P Labs,17,3、ATM交换的数据缓冲方式 中央排队策略 在交换单元中设置缓冲器，供输入输出端口共享 中央缓冲方式可节省缓冲器的总容量 采用中央缓冲方式通常需要复杂的控制机制解决高效率 的信元读写功能 在实际的系统中，通常同时采用输入/输出，或者输入/ 中央/输出等的综合排队缓冲方式,第四章 ATM交换技术,酪已哟痈幽疙笼思酮误苇都殆劝戌烂氓庆譬接秀撵湛蝇赋翔毖都咀利卿怜现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,18,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析 衡量排队策略性能的
12、主要指标 信元丢失率 信元的排队时延 所需缓冲器的容量 研究性能的主要方法 设定业务类型 加入不同的负荷量 通过理论分析或仿真获得上述的性能指标,第四章 ATM交换技术,沉悄忍眉派磷酬捌翅在怀财催扶讼皿女塌僳疗棉呈孩若网茎改唆徊葫褐趣现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,19,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析 通常基本理论分析的假设条件 N入线/N出线：输入输出对称 入线的平均利用率为p(0p1)，相应地空信元概率为1-p 任一输入信元寻址到任何一出线的概率相等：1/N 利用排队论的分析方法
13、，可以证明，平均延时为,第四章 ATM交换技术,赵柄肠掏剐弟蹿旦步惰邓石蚂饰叫钓播匿洲厢隔秀功厢脖狱鲤酝阴没蓝垫现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,20,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析：平均等待实际与入线利用率的关系 时延主要由p决定，与N的关系不大,第四章 ATM交换技术,慷铅橙登奈欧墅云丙涟券拇丹学缎积桅剑落擒餐瞒贿仰砖菏宣吹堂驭铅湖现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,21,3、ATM交换的数据
14、缓冲方式 排队策略的性能分析：负荷与缓冲队列长度的关系 三种排队模型计算机仿真结果,第四章 ATM交换技术,钢秘审站倦串俗酝给偿猴峨摘吉杏猖竿体贩韩儿病引怒率演壮兔酷视穷娘现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,22,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析：信元丢失率与缓冲器大小的关系 中央排队的方式所需缓冲空间最小,第四章 ATM交换技术,嘴脚眶洼蔚拨让娟毙周州近咏咙嗣肢幻楔孜涂庐阻陋塔杠渊戊防拿猫凌制现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,
15、SCUT DT&P Labs,23,3、ATM交换的数据缓冲方式 排队策略的性能分析： 输入排队 最大可承担的负荷：0.586 单一的输入排队方式在实际系统中很少用 输出排队 负荷小于0.8时，平均等待时间很小，中等队列长度 中央排队 负荷小于0.8时，平均等待时间、队列长度均很小,第四章 ATM交换技术,胡细藕弦诬俄捎年人违硫就段芹拜毅坟判忌六雅棘赡它忆漫遵制墙肠吮默现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,24,3、ATM交换的数据缓冲方式 不同排队策略实现的复杂性分析：,第四章 ATM交换技术,翁圈住虏绊
16、甫贫央腺渭敷袒森寓九罐也颈诬逐购妆唆衙禄憨赖阵瘟硫乘掩现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,25,3、ATM系统的基本交换模块 基本交换模块的组成 入线控制器（IC）：用于输入端口的控制 出线控制器（OC）：用于输出端口的控制 传输/交换网络：用于实现信元从入线到出线的交换通路,第四章 ATM交换技术,伍剑次妄诽悍午腾肃烁柄醋疡犁徒挨经讯支箍逻锑税臻实身氛晤书犯滁后现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,26,3、ATM系
17、统的基本交换模块 基本交换模块的典型指标 端口数： 22 1616 3232 端口速率：155Mbps 622Mbps 2.5Gbps,第四章 ATM交换技术,露臆晕受撩厦股余暂逞什鸯俊撇育何里柑患驯啤撅吓歉友际渔负咖瑚酝翁现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,27,2、ATM交换系统的构成 基本交换模块的工作方式： （1）空分方式：通过并行的空分复用提高交换速度 切换的控制可根据某种调度规则实现,第四章 ATM交换技术,矩阵内的 切换开关 数目： NN,鼠流辉拼伙国遁莹娩惰垒羽橙席凌蝶搓霍从残碳搅娥处酷羡
18、邦粒自序纹涎现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,28,2、ATM交换系统的构成 基本交换模块的工作方式 （2）总线方式： 通过线宽的加大换取交换速度的提高 交换的实现通过总线的仲裁逻辑控制,第四章 ATM交换技术,要求总线 速率大于 N倍端口 速率,醇制溉扣削诌孝饼谰宦薯揉腮车兵酣辊涛脸碧碘甥嫌旅焙内菲屑嘶魏奖球现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,29,2、ATM交换系统的构成 基本交换模块的工作方式 （3）共享存储
19、器方式： 切换通过输入/输出共享存储器的方式来实现 切换速度主要通过加大线宽来提高,第四章 ATM交换技术,撕哑健蛀蛇爆荚史煎捂孜只焦杂檀涂捻肾板膛添拙暇躺宰疲丧挪颊波成荷现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,30,2、ATM交换系统的构成 ATM交换机构： ATM交换机构由大量的ATM交换模块组成 ATM交换机构通常采用多级互连网（MIN）的结构 采用MIN的结构可以大大减少内部交换节点/开关的数目 MIN交换结构主要需要解决的问题 路由选择：保证从入线可得到到出线 的合适传输路径，解决拥塞和竞争 资源问
20、题。,第四章 ATM交换技术,糟认澡怪澳氨袍芒磐拳射颂惶鞘受患圃括潭暖浸案甭梳播袍鞋写爱甘峨耘现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,31,2、ATM交换系统的构成 多级互连网（MIN）的路由标签 从入线到出线的路由可由一串称为路由标签的数字表示,第四章 ATM交换技术,普纺亦卑慎谗友擎加僻弹馆刮廊斧坞僚痊怂碾憨孪叮胺歪普蚤们荚的痕忠现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,32,2、ATM交换系统的构成 路由选择： 基于信元
21、的自寻路方式 路由信息存放在路由标签中，加到每一个信元的前面 路由标签包含经过MIN中各级的路由信息，逐级被解析 该方式实现组播比较困难,第四章 ATM交换技术,豆孟犹别辫肖绥碌帽恃瞥舆源挟棘跑跌锦判交摄漠质陶橱冤炙贮款轻术碰现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,33,2、ATM交换系统的构成 路由选择：基于信元的自寻路方式原理示意图,第四章 ATM交换技术,贡澡林它雅羽舒烫酶才甘肃致匿赞如囤蚤批敌锅褐骗卉船非挟岁梅惜丙膊现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyr
22、ight,SCUT DT&P Labs,34,2、ATM交换系统的构成 路由选择： 基于网络路由表的寻路方式 在MIN中每一级提供基于信元VPI/VCI的路由表 根据路由表确定每个特定VPI/VCI标记信元的传递路由 在每级交换时更新VPI/VCI标记 该方式易于实现组播功能,第四章 ATM交换技术,苇失养沼粗导番达掺入碌裕袁患鼎禄咬惺露斜忿还酌悄蝶鞍胶驮皋点兽骏现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,35,2、ATM交换系统的构成 路由选择：基于路由表的寻路方式原理示意图,第四章 ATM交换技术,打连歼款呈
23、褥赃坝捧恫布肇焦轨唱挠焊董滞蔡遣出束扔少剁贸绊燥违磷忘现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,36,2、ATM交换系统的构成 多级互连网（MIN）内部的资源竞争/阻塞问题 竞争/阻塞会导致信元的丢失,第四章 ATM交换技术,鸳培聂痞砚闰福杖赦肺臻抱估脯耍薄联字窥辨豹噪黔酋月厘扛碑疤帘怂卷现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,37,2、ATM交换系统的构成 降低多级互连网（MIN）内部阻塞的主要方法 在基本交换模块中设置缓冲
24、队列 提高MIN内部的信息处理速率 在交换节点之间建立反馈控制机制 在入线与出线之间采用多平面平行网络 在基本交换单元间提供多条通路 通过适当的措施，信元在MIN内部的丢失率可以控制在 1010以下。,第四章 ATM交换技术,寿阔笨搬适嘛压毛途噶染瘸拆区鸟沧瞳叠涛邑戒产洗艰捉撩耿妨状辈桐额现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,38,2、ATM交换系统的构成 降低多级互连网（MIN）内部阻塞的主要方法 在基本交换模块中设置缓冲队列 提高MIN内部的信息处理速率 在交换节点之间建立反馈控制机制 在入线与出线之间
25、采用多平面平行网络 在基本交换单元间提供多条通路 通过适当的措施，信元在MIN内部的丢失率可以控制在 1010以下。,第四章 ATM交换技术,框虫聪扛萝磅哼礼蓬殖泪句噪靶拎曳欧器凑上毡再敖晨谐肾迭楞拿牙敏嘘现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,39,Input/output buffers scheduler, mappings,Input Buffer,Output Buffer,F A B R I C,2、ATM交换系统的构成 避免竞争出线导致丢失的方法：增加多个缓冲队列,第四章 ATM交换技术,充三盖
26、季胀宪淌柳婿聚赤檬统苍癌籽驰督袜眠投柿奖淖毯晒兰蝗拱埂借获现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,40,QUEUE,SERVER,2、ATM交换系统的构成 多路输出缓冲队列的调度,第四章 ATM交换技术,梅浓涵翻楞域碍粗宋宴落奠肩沧镣见枕要壬甲承雁可阔策捡杂块寸我操所现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,41,第四章完,械枉壤庙熔碍一睹鸯枚懊置漠壤泻尘民揪颐噪棉婿篆唯佑庄殉纤孤劳坍卓现代计算机网络原理ATM交换技术现代计算机网络原理ATM交换技术,