第三章ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

第四章ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

（AsynchronousTransferMode）4.1ATM定義ATM是一種傳遞模式，在這種模式中，信息被分成信元來傳遞，而包含同一用戶信息的信元不需要在傳輸鏈路上周期性地出現(xiàn)。因此這種傳遞模式是異步的。ITU-TI.113ATMis“Atransfermodeinwhichtheinformationisorganizedintocells;itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic”ATM特點(diǎn)不進(jìn)行逐段鏈路差錯(cuò)和流量控制面向連接信頭功能簡單信元長度小而固定用戶信息透明地穿過網(wǎng)絡(luò)ATM的優(yōu)點(diǎn)支持任何業(yè)務(wù)（不同速率，不同突 發(fā)性，不同實(shí)時(shí)性）有效利用網(wǎng)絡(luò)資源（統(tǒng)計(jì)復(fù)用）單一通信網(wǎng)（B-ISDN）？？？4.2ATM協(xié)議參考模型由不同的層和面組成參考模型中的平面用戶平面控制平面管理平面參考模型中的分層物理層

ATM層

ATM適配層高層協(xié)議協(xié)議參考模型中的平面用戶平面實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的傳遞與用戶數(shù)據(jù)流量相關(guān)的控制功能，如流量控制、糾錯(cuò)等用戶平面內(nèi)存在協(xié)議分層控制平面信令消息的傳送呼叫控制、連接控制控制平面內(nèi)存在協(xié)議分層管理平面網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)與操作，提供各平面的協(xié)調(diào)層管理功能，管理協(xié)議實(shí)體中的資源和參數(shù)，處理各協(xié)議層有關(guān)的OAM信息流，存在協(xié)議分層面管理功能，進(jìn)行與系統(tǒng)全局有關(guān)的管理和各平面間的協(xié)調(diào)物理層物理媒體子層（PM）在物理媒體上正確地發(fā)送和接收比特，提供比特流傳輸、線路編碼、比特流定時(shí)。傳輸會(huì)聚子層（TC）提供信元流和比特流之間的相互轉(zhuǎn)換所需的功能：傳輸幀的生成/恢復(fù)傳輸幀的適配信元定界（用HEC）信頭差錯(cuò)檢驗(yàn)（HEC）的產(chǎn)生/校驗(yàn)信元速率解耦A(yù)TM層物理層以上，與物理介質(zhì)無關(guān)主要功能信元復(fù)用/分路信元標(biāo)識（VPI/VCI）翻譯信元頭的生成一般流量控制ATM適配層功能：增強(qiáng)ATM層服務(wù)，適應(yīng)高層需要支持ATM層與高層間的信息映射拆裝子層（SAR）將高層信息拆開裝配到適當(dāng)虛連接的ATM信元序列中去逆過程會(huì)聚子層（CS）消息識別定時(shí)、時(shí)鐘恢復(fù)功能與業(yè)務(wù)有關(guān)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)4.3ATM層標(biāo)準(zhǔn)ATM信元結(jié)構(gòu)信元頭（UNI--用戶網(wǎng)絡(luò)接口格式）GFC—一般流量控制（NNI--網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口信元沒有GFC）VCI—虛通路標(biāo)志VPI—虛通道標(biāo)志PTI—凈荷類型指示CLP—信元丟失優(yōu)先級HEC—信頭差錯(cuò)控制凈荷48字節(jié)信息段VPI和VCI傳輸鏈路VPI=1VPI=2VCI=1VCI=2VCI=1VCI=2VP/VC的帶寬可以由用戶任意設(shè)定VPI--VirtualPathIdentifierVCI--VirtualChannelidentifierATM傳輸鏈路上的最大虛連接數(shù)PTI--PayloadTypeATM信元分類用戶信息信元OAM信元信令信元未分配信元（ATM層）和空信元（物理層）各類信元的PTI和VPI/VCI值見表4.5CLP（信元丟失優(yōu)先級）

在網(wǎng)絡(luò)擁塞期間丟棄信元的優(yōu)先級CLP=0高優(yōu)先CLP=1低優(yōu)先

HEC（信頭差錯(cuò)控制/

信元定界）生成多項(xiàng)式：

x8+x2+x+1GFC--一般流量控制GFC用來UNI接口上控制流量GFC功能周期性地阻止UNI接口上所有連接的業(yè)務(wù)流量（CyclicHALT)對受控的ATM連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量進(jìn)行接入控制指明UNI接口上的流量是否屬于受控ATM連接UNI的ATM連接有兩中工作模式：非受控模式（GFC置成0000）受控模式（GFC過程）ATM層功能提供ATM連接與交換控制保證ATM承載業(yè)務(wù)端到端的QoS預(yù)定義信元類型確定信元丟失優(yōu)先級流量整形4.4ATM物理層標(biāo)準(zhǔn)PM子層--TB和SB接口 Location Rate Format-----------------------------------------------------------ITU-T UNI/NNI 155.52 STM-1 UNI/NNI 622.08 STM-4 UNI 155.52 Cellbased UNI 2.048 E1----------------------------------------------------------- UNI 1.54 DS-1ANSI/ UNI/NNI 44.736 DS-3PLCPETSI UNI/NNI 44.736 DS-3Directmapped UNI 2.048 E1 UNI/NNI 34.368 E3

PM子層--TB和SB接口(續(xù)）

location Rate Format------------------------------------------------------------------ UNI/NNI 155.52 SONET UNI/NNI 44.736 DS-3ATM PrivateUNI 100-140 FDDIPMDForum PrivateUNI 155.52 Fiber(multimode) UTP3 25 CAP16 UTP3 51 CAP16 UTP5 155.52 CAP16 CoaxPair 6.312 J2-------------------------------------------------------------------

ATM物理層接口規(guī)程基于PDH的ATM信元傳輸接口基于SDH的ATM信元傳輸接口基于其他標(biāo)準(zhǔn)的ATM信元傳輸接口基于ITU-TI.432的直接信元傳輸接口基于ATM論壇規(guī)范的信元直接傳輸基于ATM論壇的STS-1/UTP-3信元傳輸接口ATM論壇的FDDI信元傳輸接口基于25.6Mbit/s的直接信元傳輸接口UTOPIA接口基于SDH的ATM信元傳輸同步數(shù)字系列技術(shù)透明復(fù)用（單級復(fù)用）SDH幀中的附加開銷符合設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的管理需求可與PDH兼容傳輸速率的等級

STM-1——155.520Mbit/sSTM-4——622.080Mbit/sSTM-16——2488.320Mbit/sSDH的物理接口

STM-1——光接口或電接口

STM-4/16——光接口信元直接傳輸接口信元直接傳輸接口直接將ATM信元映射成比特流，通過數(shù)據(jù)線傳輸插入PL-OAM信元作維護(hù)管理用，PL-OAM信元之間的最大距離是26個(gè)信元基于ITU-TI.432的信元直接傳輸接口物理接口：155Mbit/s或622Mbit/s

光接口或同軸電接口基于ATM論壇規(guī)范物理接口：155Mbit/s光接口或電接口（STP/UTP）UTOPIA接口定義物理層與ATM層之間接口的標(biāo)準(zhǔn)使不同廠商提供的ATM層器件和物理層器件互通采用FIFO技術(shù)適應(yīng)ATM層和物理層之間的速率差異傳輸會(huì)聚（TC子層）（1）傳輸幀適配功能幀的產(chǎn)生和恢復(fù)（2）信頭差錯(cuò)控制（HEC）（3）信元定界（4）信元速率解耦TC層插入空信元(Idlecell)，使ATM層速率和物理鏈路速率無關(guān)空信元信頭為

000-------------------0101010010

4BytesHEC

信息段內(nèi)容全部為

011010104.5ATM適配層標(biāo)準(zhǔn)ATM適配層的功能增強(qiáng)ATM層提供的業(yè)務(wù)，以適合特殊業(yè)務(wù)的需要AAL將用戶/控制/管理的協(xié)議數(shù)據(jù)單元映射到ATM虛連接中一個(gè)或多個(gè)連續(xù)ATM信元的信息段中去AAL層分為兩個(gè)子層：拆裝子層（SAR）——PDU到ATM信元的拆裝會(huì)聚子層（CS）——與業(yè)務(wù)有關(guān)ATM適配層的業(yè)務(wù)類型分類依據(jù)源和目的之間的時(shí)間關(guān)系，比特率特性，連接方式AAL層業(yè)務(wù)分類ATM適配層類型AAL1適用于A類業(yè)務(wù)AAL2適用于B類業(yè)務(wù)AAL3/4適用于C、D類業(yè)務(wù)AAL5適用于C類業(yè)務(wù)4.6ATM交換VP交換與VC交換ATM交換在交換節(jié)點(diǎn)處完成，其過程包括：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A(chǔ)TM連接分為VPC和VCC，ATM交換相應(yīng)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VP交換VP交換VPI=1VPI=3VPI=5VPI=2VPI=4VPI=6VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=1VCI=2VC交換VC交換VP交換VCI=1VCI=2VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=1VCI=21243VPI=1VPI=4VPI=5VPI=2VPI=3ATM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題——排隊(duì)問題一些基本定義交換機(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)?；窘粨Q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)。交換系統(tǒng)

(SwitchingSystem)任何可用于ATM信元交換的設(shè)備都可稱為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。交換的實(shí)質(zhì)交換的實(shí)質(zhì)是將某條入線的信息輸出到特定的一條或幾條出線上。這里有一個(gè)“信元守恒”原理：信元到達(dá)交換機(jī)，經(jīng)過一段時(shí)間后，要么已被交換到出線上，要么被存放在內(nèi)部緩存中，要么在交換機(jī)內(nèi)部的連線上傳送，要么被丟棄。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信元的固定長度有限的信元頭功能不同用途的ATM交換系統(tǒng)差異很大ATM交換系統(tǒng)的構(gòu)成ATM交換系統(tǒng)的應(yīng)用場合用于公用寬帶網(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ATM交換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。ATM交換的基本功能構(gòu)成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信道上的信元被交換到另一個(gè)邏輯ATM信道上時(shí)（利用空分交換和時(shí)分交換），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信道相對應(yīng)的信元頭輸出值?？辗纸粨Q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::123Mc4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）存在競爭問題存在多個(gè)邏輯信道競爭物理出線上同一時(shí)間片的情況，必須引入排隊(duì)來解決競爭問題。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ATM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?？偨Y(jié)一下ATM交換的基本功能構(gòu)成：1、ATM交換機(jī)構(gòu)最基本的兩個(gè)功能是空分交換和信元頭交換。2、時(shí)分交換主要解決競爭和排隊(duì)問題，也就是說，交換機(jī)不能同時(shí)輸出發(fā)生沖突，因此必須在適當(dāng)?shù)奈恢镁彌_器來存貯暫時(shí)不能得到服務(wù)的信元。由于ATM交換采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用，因此這種方式是必需的，以保證沖突的信元不會(huì)被丟棄。3、總的來說，ATM交換機(jī)完成的基本功能就是路由選擇（空分交換）、排隊(duì)和信頭交換。由于這三項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)方式和位置的不同，將會(huì)導(dǎo)致交換機(jī)設(shè)計(jì)的巨大差異。業(yè)務(wù)對寬帶交換的要求寬帶業(yè)務(wù)的多樣性業(yè)務(wù)對寬帶ATM交換的具有不同的要求，表現(xiàn)在：業(yè)務(wù)的信息速率幾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性能參數(shù)的需求傳統(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)廣播和組播功能廣播和組播特性是寬帶業(yè)務(wù)對通信網(wǎng)的新要求廣播——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)字化圖象庫的訪問、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)對廣播和組播功能的需求對交換系統(tǒng)的影響廣播和組播需求是ATM交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要解決的一個(gè)重要問題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)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：分位點(diǎn)——交換時(shí)延超過某值的概率，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100μs的概率小于10-104.6.1基本交換模塊基本交換模塊的結(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)OCOC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)競爭多個(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)競爭時(shí)，需要對沖突的信元進(jìn)行緩沖（排隊(duì)）若交換模塊是內(nèi)部完全無阻塞的，則不需要內(nèi)部緩沖為了解決對相同出線的競爭，必須在基本模塊內(nèi)提供排隊(duì)功能排隊(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，需要在交換單元的入線、出線或單元內(nèi)部設(shè)計(jì)信元的緩沖隊(duì)列交換單元中可采用三種排隊(duì)策略（根據(jù)緩沖器在交換單元中的物理位置劃分）：輸入排隊(duì)輸出排隊(duì)中央排隊(duì)輸入排隊(duì)基本思想在交換單元的輸入端解決可能的競爭問題。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)入線上的信元競爭同一的出線時(shí)，則由一個(gè)仲裁邏輯來決定哪些入線隊(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)過仲裁后的信元不會(huì)再出現(xiàn)競爭輸入排隊(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（固定優(yōu)先級或隊(duì)列長度優(yōu)先等）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)列的排頭信元因競爭失敗而阻塞，該隊(duì)列中的所有后續(xù)信元也被迫阻塞，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。一個(gè)信元周期內(nèi)，通過交換傳輸媒體傳輸?shù)男旁獢?shù)P不超過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)的入線輸出排隊(duì)基本思想來自入線的信元可以自由通過交換傳輸媒體傳送（交換）到所需的出線上，在出線上設(shè)置緩沖隊(duì)列解決多信元對出線的競爭。實(shí)現(xiàn)方法在一個(gè)信元周期內(nèi)，所有信元都可無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)的競爭該出線的多個(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)列交換傳輸媒體無阻塞的傳輸網(wǎng)絡(luò)，信元通過傳輸媒體時(shí)無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小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)策略對緩沖器的訪問速度要求很高在一個(gè)信元周期內(nèi)需要對隊(duì)列緩沖器進(jìn)行N次信元寫操作和一次信元讀操作?；舅枷霝榱藴p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)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交換傳輸媒體I進(jìn)入中央隊(duì)列排隊(duì)；再通過輸入信元通過交換傳輸媒體II輸出到出線。信元通過傳輸媒體時(shí)無需仲裁邏輯。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，因此大大減少隊(duì)列緩沖器的總?cè)萘拷粨Q單元的控制管理復(fù)雜出線必須能夠通過某種查找機(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)先出的順序由于對中央緩沖器的信元讀寫是完全隨機(jī)的，因此需要一套復(fù)雜的存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)基本交換模塊的類型基于矩陣結(jié)構(gòu)的交換單元（空分交換，Crossbar）所有的輸入線和輸出線互連構(gòu)成矩陣網(wǎng)格，信元通過網(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。基于時(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交換結(jié)構(gòu)中的資源沖突

—Outputportcontention交換結(jié)構(gòu)中的資源沖突

—InternalLineBlocking交換結(jié)構(gòu)中的資源沖突

—引起HeadOfLineBlocking交換結(jié)構(gòu)的分類交換結(jié)構(gòu)的分類

—按外部特性內(nèi)部無阻塞型：如果一個(gè)外部輸入端和一個(gè)外部輸出端是空閑的，則一定可以找到空閑的內(nèi)部通道將輸入端和輸出端連接起來。內(nèi)部阻塞型：如果一個(gè)外部輸入端和一個(gè)外部輸出端是空閑的，不一定可以找到空閑的內(nèi)部通道將輸入端和輸出端連接起來。交換結(jié)構(gòu)的分類

—時(shí)分復(fù)用交換交換結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部資源被所有從輸入到輸出的信元分時(shí)共享，即時(shí)分復(fù)用。這種內(nèi)部資源可以是一個(gè)總線，也可以是一個(gè)緩存。時(shí)分復(fù)用交換結(jié)構(gòu)可以分為共享媒介型和共享緩存型。共享媒介可以是總線或環(huán)。交換結(jié)構(gòu)的分類

—空分交換在時(shí)分復(fù)用交換中，所有從輸入端到輸出端的信元經(jīng)過的是同一個(gè)通道。在空分交換中，從輸入端到輸出端有多條通道，這些通道可以同時(shí)工作，多個(gè)信元可以同時(shí)從輸入端到輸出端?？辗纸粨Q結(jié)構(gòu)的交換容量等于通道的帶寬乘以可以同時(shí)工作的通道數(shù)目。因此，擴(kuò)容的方法就是提高通道的帶寬和提高可以同時(shí)工作的通道數(shù)目。空分交換又分為單路徑和多路徑。單路徑空分交換結(jié)構(gòu)中，從一個(gè)輸入端到一個(gè)輸出端，只有一條路徑；多路徑空分交換結(jié)構(gòu)中，則有多條。空分多路徑交換結(jié)構(gòu)交換結(jié)構(gòu)分類—按緩存位置緩存在輸入端的Crossbar緩存在交叉點(diǎn)的Crossbar基于矩陣結(jié)構(gòu)的交換單元ICICICIC123NOCOCOCOC12N3環(huán)型交換單元ICIC12ICNOCOCOC12N端口速率K，環(huán)速率R可小于NxK環(huán)型介質(zhì)時(shí)隙環(huán)型交換單元環(huán)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有IC和OC通過環(huán)型介質(zhì)連接環(huán)上劃分多個(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ICIC12ICNOCOCOC12N共享存儲(chǔ)器中央存貯式交換單元中央存貯式交換單元IC和OC以時(shí)分復(fù)用方式共享存儲(chǔ)器中央排隊(duì)模型輸入信元通過IC寫入公共緩沖存儲(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)器的訪問速度很高采用提高信息處理位寬的方式來降低存貯器訪問速率，即在IC和OC中完成信元數(shù)據(jù)的串-并/并-串轉(zhuǎn)換中央存貯式交換單元ICIC12ICNOCOCOC12NMUXDEMUX共享存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器控制器4.6.2單級交換網(wǎng)絡(luò)單級交換網(wǎng)絡(luò)的特征：信元從輸入到輸出的過程中，只需要經(jīng)過一次確定傳輸路徑的過程單級結(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)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)列緩存混合式互換網(wǎng)絡(luò)0123456701234567輸入端口輸出端口反饋回路4.6.3多級交換網(wǎng)絡(luò)多級互連網(wǎng)（MIN）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)過兩次以上的過程來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-stageMIN多級互連網(wǎng)的路由標(biāo)簽信元在MIN中從入線到出線所走過的路由可以用一串?dāng)?shù)字來表示，即稱為路由標(biāo)簽012345678910111213141501234567891011121314150010001001100110交換網(wǎng)絡(luò)（MIN）中的路由MIN需要解決的關(guān)鍵性問題——路由選擇可以根據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來劃分MIN中的選路方法根據(jù)路由信息安放的位置根據(jù)完成選路決策的時(shí)間根據(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)行路由選擇如何確定路由方式四種組合的路由選擇的方法：

I：基于連接的路由標(biāo)簽 II：基于信元的路由標(biāo)簽法III：基于連接的路由表控制 IV：基于信元的路由表控制應(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選擇，根據(jù)各交換單元的資源占用情況逐級