现代计算机网络原理ATM交换技术.ppt
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1、现代计算机网络原理ATM交换技术 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 1 1、ATMATM交换的基本概念交换的基本概念n ATMATM交换:从一条逻辑交换:从一条逻辑ATMATM信道到一条或多条信道到一条或多条ATMATM逻辑信道的逻辑信道的信息交换;信息交换;n ATMATM逻辑信道:由信元头中逻辑信道:由信元头中VPI/VCIVPI/VCI标识的虚信道;标识的虚信道;n 数据交换的实现方式: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
2、另一条物理出空分交换:将一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上;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;的另一时序上;信元交换:将某入逻辑信道上的信元交换到某一出逻辑信信元交换: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。道上,信元头上的逻辑信道标识同时发生变化。第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 2 2SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P L
3、absSCUT DT&P Labs 1 1、ATMATM交换的基本概念交换的基本概念n 空分交换空分交换 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口的竞争问题第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 3 3SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 1 1、ATMATM交换的基本概念交换的基本概念n 时分交换时分交换 关键技术:如何实现信息单元的缓存与切换,解决输
4、入信息关键技术: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单元对输出时隙的竞争问题第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 4 4SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 1 1、ATMATM交换的基本概念交换的基本概念n 信元交换信元交换 关键技术:如何解决对输出端口的竞争问题,信关键技术: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息单元的缓存队列中服务质量控制问题第四章第四章 ATMA
5、TMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 5 5SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 1 1、ATMATM交换的基本概念交换的基本概念n 对对ATMATM交换系统的要求交换系统的要求 处理不同的业务信息速率:从几处理不同的业务信息速率:从几kbpskbps到几到几GbpsGbps传输服务传输服务 处理不同的业务行为特性:处理不同的业务行为特性:恒定比特率恒定比特率 可变比特率可变比特率 实时业务实时业务/非实时业务;单播非实时业务;单播/组播组播/广播功
6、能广播功能 处理不同的性能的要求:处理不同的性能的要求:语义透明性:信元丢失率、误比特率语义透明性:信元丢失率、误比特率时间透明性:传输时延、时延抖动时间透明性:传输时延、时延抖动第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 6 6SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 2 2、VPVP交换与交换与VCVC交换交换n VPVP交换(又称为交叉连接):交换(又称为交叉连接):只提供只提供VPVP连接的交换,实现输入连接的交换,实现输入VPI
7、VPI值到输出值到输出VPIVPI值的映射值的映射 被交换的被交换的VPCVPC中包含的所有中包含的所有VCCVCC作为整体被交换作为整体被交换 VP VP交换用于骨干网中大量的交换用于骨干网中大量的VCCVCC的成组交换的成组交换第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 7 7SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 2 2、VPVP交换与交换与VCVC交换交换n VCVC交换交换 提供不同的提供不同的VPCVPC中各中各VCCVCC
8、之间的信息交换之间的信息交换 实现输入实现输入VPI/VCIVPI/VCI值到输出值到输出VPI/VCIVPI/VCI值的映射值的映射 VCVC交换可以涵盖交换可以涵盖VPVP交换交换第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 8 8SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 2 2、ATMATM交换系统的构成交换系统的构成n 基本结构基本结构第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术InterfacesFabr
9、icInput/output buffersscheduler,mappingsHigh-speed switchingManagementsoftwareSignallingsoftware2008 Copyright 2008 Copyright 9 9SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 2 2、ATMATM交换系统的构成交换系统的构成n 基本组成基本组成交换(模块)单元交换(模块)单元输入输入/输出输出/缓存和调度单元缓存和调度单元 控制软件:控制软件:信令软件信令软件管理软件管理软件第四章第四章 ATMATM
10、ATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1010SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 2 2、ATMATM交换系统的构成交换系统的构成n 缓冲器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缓冲器可以解决多个输入的数据流/数据分组争夺一个数据分组争夺一个输出端口时分组丢失的问题;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,有多种排队策略根据缓冲器在交换单元中的位置,有多种排队
11、策略输入排队输入排队输出排队输出排队中间排队中间排队输入输入/输出排队输出排队 第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 11 11SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 2 2、ATMATM交换系统的构成交换系统的构成n 输入排队策略输入排队策略第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1212SCUT DT&P LabsSCUT DT&P La
12、bsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 2 2、ATMATM交换系统的构成交换系统的构成n 输入排队策略:输入排队策略:解决输入端可能出现的竞争问题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:仲裁策略:轮询服务轮询服务优先级服务优先级服务根据队列的拥塞情况确定服务根据队列的拥塞情况确定服务 第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1313SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsS
13、CUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 3 3、ATMATM交换的数据缓冲方式交换的数据缓冲方式n 输出排队策略输出排队策略第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1414SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 3 3、ATMATM交换的数据缓冲方式交换的数据缓冲方式n 输出排队策略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
14、端的竞争问题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待其余到达的信元在缓冲器中等待输出缓冲其可以有多个队列,输出调度器各级某种规则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,交换的速度必须为保证在输入端无信元丢失,交换的速度必须N(N(输入端口输入端口 数数)于入线的速率于入线的速率第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 200
15、8 Copyright 1515SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 3 3、ATMATM交换的数据缓冲方式交换的数据缓冲方式n 中央排队策略中央排队策略第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1616SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 3 3、ATMATM交换的数据缓冲方式交换的数据缓冲方式n 中央排队策略中央排队策略在交换单元中设置缓冲器,供输入输出
16、端口共享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的信元读写功能n 在实际的系统中,通常同时采用输入在实际的系统中,通常同时采用输入/输出,或者输入输出,或者输入/中央中央/输出等的综合排队缓冲方式输出等的综合排队缓冲方式第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1717SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT
17、DT&P LabsSCUT DT&P Labs 3 3、ATMATM交换的数据缓冲方式交换的数据缓冲方式n 排队策略的性能分析排队策略的性能分析 衡量排队策略性能的主要指标衡量排队策略性能的主要指标信元丢失率信元丢失率信元的排队时延信元的排队时延所需缓冲器的容量所需缓冲器的容量 研究性能的主要方法研究性能的主要方法设定业务类型设定业务类型加入不同的负荷量加入不同的负荷量 通过理论分析或仿真获得上述的性能指标通过理论分析或仿真获得上述的性能指标第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1818SCUT DT&
18、P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 3 3、ATMATM交换的数据缓冲方式交换的数据缓冲方式n 排队策略的性能分析排队策略的性能分析 通常基本理论分析的假设条件通常基本理论分析的假设条件 N N入线入线/N/N出线:输入输出对称出线:输入输出对称 入线的平均利用率为入线的平均利用率为p(0p1)p(0p1),相应地空信元概率为,相应地空信元概率为1-p1-p 任一输入信元寻址到任何一出线的概率相等:任一输入信元寻址到任何一出线的概率相等:1/N1/N 利用排队论的分析方法,可以证明,平均延时为利用排队论的分析方法,可以证明,平均延时
19、为 第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 Copyright 1919SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 3 3、ATMATM交换的数据缓冲方式交换的数据缓冲方式n 排队策略的性能分析:排队策略的性能分析:平均等待实际与入线利用率的关系平均等待实际与入线利用率的关系 时延主要由时延主要由p p决定,与决定,与N N的关系不大的关系不大 第四章第四章 ATMATMATMATM交换技术交换技术交换技术交换技术2008 Copyright 2008 C
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