ATM交换技术与B-ISDN原理(第8讲)

1 Part ATM交换技术 线速IP路由器交换技术 主要讲授内容 3 1ATM交换技术概述3 1 1ATM交换机概况3 1 2对ATM交换的要求3 2ATM交换结构中信元排队方法3 2 1输入排队3 2 2输出排队3 2 3中央排队3 2 4矩阵交叉节点排队3 3基于交换原理的ATM交换结构分类3 3 1共享存储器交换3 3 2共享媒体交换3 3 3交叉开关交换3 3 4多级互连网交换 2 Part ATM交换技术 线速IP路由器交换技术 续 3 4典型的交换单元介绍3 4 1Knockout交换单元3 4 2Coprin交换单元3 5ATM交换机构3 5 1Roxanne交换单元和交换机构3 5 2多级互连网交换Batcher Banyan交换机构3 6线速IP路由器交换技术3 6 1线速IP路由器技术要求3 6 2Architecture及工作步骤和原理3 6 3关键技术3 6 4协议框架3 6 5前沿研究 3 References 1 ATM交换技术 电信科学 1996 第4期P53 612 M DePryoker AsynchrousTransferMode SolutionforBroadbandISDN 中译本 人民邮电出版社 Chapter4 4 3 1ATM交换技术概述 3 1 1ATM交换机概况 1 ATM交换机的几种图示法 第一种 5 ATM交换机的几种图示法 第二种 6 ATM交换机的几种图示法 第二种续 TargetApplications ATMEdge Core MSEdge CoreSwitchCharacteristicsDS3toOC12ATM FR Leased lines POS10 40Gb sNortelPassport15K CiscoMGX AscendGX550 NECATOMIS 16 Newbridge36170 Ericsson 7 ATM交换机的几种图示法 第三种ATMSwitchComponents 8 ATM交换机的几种图示法 第四种ATMSwitchPrinciple 9 作业 比较 异步传递方式 宽带交换技术 一书 图4 2和图2 17的异同 阐述同步交换和异步交换的共性与差异 10 ATM交换的时 空 T S 观 11 ATM交换机在使用上和操作上的几种不同分类 ATM交叉连接系统 ATMCross Connect Nosignaling 靠管理面控制 也叫后台控制 通常用于骨干交换中心 大局 ATM交换机 ATMSwitch 具有ATM信令操作 实时接续控制 用于中继网 接入网 ATM边缘交换机 ATMEdgeSwitch 用于ATM网络边缘 跨接非ATM网络 ATM集中器 ATMHub 用在局域网或校园网范围 仅含UNI或PUNI接口功能 12 CentralOffice CO Enterprise LANandWorkgroupSwitchingRoles 13 ATM交换三要素 1 路由选择 Routing 2 信头翻译 CellHeaderTranslation 3 信元排队 Cellqueuing 14 3 1 2对ATM交换的要求 1 信息速率 接口 155 520Mb sSTM 1 OC 3 622 080Mb sSTM 4 OC 12 2488 32Mb sSTM 16 OC 48 10Gb sSTM 64 OC 1922 能够提供广播 Broadcast 和点对多点服务 Multicast 组播 要求ATM交换网络具有可拷贝的性质3 连接阻塞概率P 指交换网络内部的阻塞 4 信元丢失率 信元误插率CLP 10 8 10 11 CMiP 信元误插率 CLP 10005 交换时延和抖动SwitchDelay T 10 100us jitter CDV 几百微秒6 吞吐量 Throughput 设ATM交换机有N N个端口 等价表示 每端口速率为V 则Throughput N V 15 3 2ATM交换结构中信元排队方法 输入排队 InputQueuing 输出排队 OutputQueuing 中央排队 CentralQueuing 矩阵交叉节点排队 Crossbar Queuing 16 3 2 1输入排队 InputQueuing 17 InputQueuingPerformance 1 对存储器要求低 2 队列控制方式FIFQ VOQ 3 所需队列缓冲器容量 较大 4 传输媒体 交换网络内部传输线 速率低 接口速率 5 点到多点通信 困难 存在HOL效应 HOL Headeroflineblocking队头阻塞 交换效率58 18 HOL效应 19 VirtualofQueue VOQ 20 Abritor工作机制 几种典型的输入排队调度算法 RoundRobinWeightedRoundRobinLQF longestqueuefirst 2 OCF oldestcellfirst 3 PIM ParallelIterativeMatchingRequest Grant AcceptPIM RRM 4 iSLIP IterativeroundrobinmatchingwithSlip 6 21 保证QoS的调度算法 1 GPS GeneralizedProcessorSharing 7 WFQ WeightedFairQueuing 8 Fki Lki rk max Fki 1 v aki VirtualClock 9 Self clockedFairQueuing 10 FrameBasedFairQueuing 11 22 保证QoS的调度算法 2 StaticPrioritySchedulingDelayEarliestDueDate 12 MinimumLaxityThreshold 13 23 3 2 2输出排队 24 OutputQueuingPerformance 1 对存储器要求高 2 队列控制逻辑 FIFQ VOQ 3 所需队列缓冲器容量 大 4 传输媒体速率高 N u 5 点到多点通信 Multicast 容易 Throughput delayPerformance Good 25 输入排队与输出排队性能比较 26 3 2 3中央排队 27 用双端口存储器 Dual PortRAM 实现中央排队 28 CentralQueuingPerformance 1 对存储器要求 特别高 Why 2 队列控制逻辑 复杂 链式处理 3 所需队列缓冲器容量 小 4 传输媒体速率 高 5 点到多点通信 相对较容易 29 3 2 4矩阵交叉节点排队 30 3 2 4矩阵交叉节点排队 1 对存储器要求 低 2 队列控制逻辑操作 FIFO 3 所需队列缓冲器容量 较大 每个队列较短 队列数较多 4 传输媒体速率 低 5 点到多点通信 较困难 31 四种排队方法性能比较 32 四种排队方法性能比较 33 3 3基于交换原理的ATM交换结构分类 3 3 1共享存储器交换 两种共享方法 FullMemorySharing与PartlyMemorySharing 34 操作过程 假定以双端口存储器为例 1 各接口单元对信元的变换处理 多路复用 35 复用度 存储宽度与读写速度 36 复用度 存储宽度与读写速度 Cont 37 共享存储器交换 Cont 2 SharedMemory左端口写 3 信元在SharedMemory中排队 4 SharedMemory右端口读 5 Multicast Broadcast 以后会有介绍 38 3 3 2共享媒体交换 AF AddressFilter 39 3 3 2共享媒体交换 Cont 1 所有输入共享一条高速总线 环 所有输入信元被同步复用在一共享 媒体 总线上 2 TDMBus的带宽 N v 如果小于 则引入信元丢失概率 3 每个输出端口装有地址滤波器 AF 以接收本端口为目的地的输入信元 4 要求输出端口采用FIFO 读 写速度应足够快 5 可以提高共享总线的并行度来解决信号线速度太快之问题 但是信号线的条数有工程限制 1个cell 424bit 40 3 3 3交叉开关交换 1 N N N2个交叉开关节点组成 2 交叉开关 3 矩阵方式 ij 4 N2个SE 规模受限制 5 输入 输出线对传递信元的时延也不恒等 要恒等 在输出端加入人工时延 41 3 3 4多级互连网交换 MIN MultistageInterconnectionNetwork 1 在电路交换网中采用 2 在计算机紧耦合互连结构经常使用目标 通过多级互连的开式来减少交叉节点的数目举例与特征 1 由基本交换模块靠一定的拓扑结构组成MIN 2 基本交换模块可以是2 2也可以是32 32 b b 3 最有代表性的是C Clos网 Clos是本世纪50年代最著名的学者之一 42 Clos网的突出特征是具有自选路由特征 4 Self RoutingPropertiesofaDeltaNetwork 5 信元所走的路由可以表示为一串数字 称为路由标签 routingtag 自选路由的规则是 6 逐级解释路由标签 routingtag 逐级比特移位 如 43 Delta网 Delta网在构造M N交换机构时有以下特征 1 由若干相同的b b交换单元构成2 其规则性和互连模式非常适合大规模的芯片集成3 具有Self routing特性输入到输出需要logbN比特的routingtag4 由logbN级组成 每一级含N b个基本交换单元 44 Delta变型拓扑 45 Delta网络存在内部竞争 ContentioninaDeltaNetwork 原因 竞争内部链路队列或其它共享资源 46 降低Delta网内部阻