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1、Part ATM交换技术/线速IP路由器交换技术主要讲授内容：3.1 ATM交换技术概述 3.1.1 ATM交换机概况 3.1.2 对ATM交换的要求3.2 ATM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1Part 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 3.4.1 Knockout交换单元 3.4.2 Coprin交换单元3.5 ATM交
2、换机构 3.5.1 Roxanne 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 3.6.2 Architecture 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2 References1.“ATM交换技术”，电信科学，1996，第4期 P53-612.M.De Pryoker,Asynchrous Transfer Mode-Solution for Broadband ISDN,中译本，人民邮电出版社，Chapter 4.33.1 ATM交换技术
3、概述3.1.1 ATM交换机概况(1)ATM交换机的几种图示法(第一种)4 ATM交换机的几种图示法(第二种)5 ATM交换机的几种图示法(第二种续)Target Applications-ATM Edge/CoreMS Edge/Core Switch CharacteristicsDS3 to OC12ATM/FR/Leased_lines/POS10-40Gb/sNortel Passport 15K,Cisco MGX,Ascend GX550,NEC ATOMIS-16,Newbridge 36170,Ericsson6 ATM交换机的几种图示法(第三种 ATM Switch Com
4、ponents)7 ATM交换机的几种图示法(第四种 ATM Switch Principle)8 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？9ATM交换的时/空(T/S)观10 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(ATM Cross-Connect)No signaling,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(ATM Switch)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(ATM Edge Switch)用于ATM网络边缘，跨接非A
5、TM网络。ATM集中器(ATM Hub)用在局域网或校园网范围，仅含UNI或PUNI接口功能。11Central Office(CO),Enterprise,LAN and Workgroup Switching Roles12ATM交换三要素1.路由选择(Routing)2.信头翻译(Cell Header Translation)3.信元排队(Cell queuing)133.1.2 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-122488.32Mb/sSTM-16/OC-4810Gb/sSTM-64/OC-19
6、22.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：10-810-11;CMiP（信元误插率）CLP/10005.交换时延和抖动 Switch Delay T:10100us;jitter(CDV)几百微秒6.吞吐量(Throughput)设ATM交换机有NN个端口(等价表示)，每端口速率为V，则Throughput=N V143.2 ATM 交换结构中信元排队方法 输入排队(Input Queuing)输出排队(Output Queuing)中央排队
7、(Central Queuing)矩阵交叉节点排队(Crossbar-Queuing)153.2.1输入排队(Input Queuing)16Input Queuing Performance(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，HOLHeader of line blocking队头阻塞，交换效率 58%17HOL效应18Virtual of Queue(VOQ)19Abritor工作机制几种典型的输入排队调度算法Round Robin Weigh
8、ted Round Robin LQF longest queue first 2OCF oldest cell first 3PIMParallel Iterative Matching Request/Grant/AcceptPIM_RRM 4iSLIP Iterative round robin matching with Slip 620保证QoS的调度算法（1）GPS Generalized Processor Sharing 7WFQWeighted Fair Queuing 8Fki=Lki/rk+max(Fki-1,v(aki)Virtual Clock 9Self-clock
9、ed Fair Queuing 10Frame Based Fair Queuing 1121保证QoS的调度算法（2）Static Priority SchedulingDelay Earliest Due Date 12Minimum Laxity Threshold 13223.2.2 输出排队23Output Queuing Performance(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，Nu (5)点到多点通信(Multicast)：容易 Throughput-delay PerformanceGood24输入排队
10、与输出排队性能比较253.2.3 中央排队26用双端口存储器(Dual-Port RAM)实现中央排队27Central Queuing Performance (1)对存储器要求：特别高对存储器要求：特别高(Why?)(2)队列控制逻辑：复杂队列控制逻辑：复杂(链式处理？链式处理？)(3)所需队列缓冲器容量：小所需队列缓冲器容量：小 (4)传输媒体速率：高传输媒体速率：高 (5)点到多点通信：相对较容易点到多点通信：相对较容易283.2.4 矩阵交叉节点排队293.2.4 矩阵交叉节点排队(1)对存储器要求：低对存储器要求：低 (2)队列控制逻辑操作：队列控制逻辑操作：FIFO (3)所需队
11、列缓冲器容量：较大所需队列缓冲器容量：较大/每个队列较短，队列数较多每个队列较短，队列数较多 (4)传输媒体速率：低传输媒体速率：低 (5)点到多点通信：较困难点到多点通信：较困难30四种排队方法性能比较31四种排队方法性能比较323.3 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：Full Memory Sharing与Partly Memory Sharing)33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34复用度、存储宽度与读写速度35复用度、存储宽度与读写速度(Cont.)36共享存储器交换(Cont.)(2)Share
12、d Memory左端口写(3)信元在Shared Memory中排队(4)Shared Memory右端口读(5)Multicast(?),Broadcast(?)以后会有介绍373.3.2 共享媒体交换AF：Address Filter383.3.2 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)TDM Bus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
13、之问题，但是信号 线的条数有工程限制(1个cell=424 bit)393.3.3 交叉开关交换(1)N NN2个交叉开关节点组成(2)交叉开关(3)矩阵方式：(i j)(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403.3.4 多级互连网交换MIN：Multistage Interconnection Network (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
14、 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)41Clos网的突出特征是具有自选路由特征(4)Self-Routing Properties of a Delta Network(5)信元所走的路由可以表示为一串数字，称为路由标签(routing tag)，自 选路由的规则是：(6)逐级解释路由标签(routing tag),逐级比特移位,如42Delta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rout
15、ing tag4.由logbN级组成，每一级含N/b个基本交换单元43Delta变型拓扑44Delta网络存在内部竞争(Contention in a Delta Network)原因：竞争内部链路队列或其它共享资源。45降低Delta网内部阻塞的措施1.在交换机构中每个基本交换单元内设置缓冲器(队列)2.提高内部链路的速率(相对于外部而言)，这样可以降低内部链路负荷，使竞争的实际概率为零“0”。3.在交换节点之间采用反压(backpressure)机制以延缓阻塞信元的发送4.在入线和出线之间使用多个并行网络(多个平面)提供多条通路5.在交换节点之间提供多条内部链路，这种做法会使信元到达交换机构 出线的顺序发生变化，因此需要在交换机构的输出端对信元重新排序。464748