《ATM交换技术与B-ISDN原理(第9讲)-课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ATM交换技术与B-ISDN原理(第9讲)-课件（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,3.4 典型的交换单元介绍,3.4.1 Knockout交换单元 美ATT Bell 实验室(Yeh, 1987) 结构性质：基本上属于输出排队(主流)，但掺杂一些其它构成方式(相结合) 系统结构(1) N条入线，N条出线 (2) 入线出线之间：总线接口单元 (3) 所有入线都接到一个对应的总线接口,2,总线接口单元,3,总线接口中集中器的业务量性能, 工作机制：集中器是总线接口单元中的一个中间部件，完成N条入线到L条出线的集中(L N)。当N条入线上同时有K个信元到达时，If K L，则K个信元将完全通过集中到达1L条出线，IF KL，则只有前L个信元到达集中器的输出，其余K-L个信元将
2、被集中器 丢弃。 解析模型： 原则：发生在集中器上的信元丢失概率不能大于knockout交换器其它环节的信元丢失率。概率模型：设所有入线上的信元到达是不相关的，均匀负荷且为P，并且均等地寻址到每个输出端口，则K个信元同时到达集中器的概率PK符合二项分布即如果仅允许最大有L个信元穿过集中器，则丢失信元的概率为,4,信元丢失性能分析, L=12时，N64，P10-11 L12时，N，P10-10,5,信元丢失性能分析(Cont.), N=，负荷为80%时L=12，P10-11 N=，负荷为100%时L=12，P10-10,6,集中器的竞争原理(8输入/4输出为例), 22竞争开关 轮/场/组,7,
3、移位寄存器(为什么需要？),8,移位器工作原理(目的：均衡负荷/载),9,Knockout结构的扩展,由NN交换扩到2N 2N交换(改变总线接口单元),10,Knockout结构如何实现Multicast通信, Broadcast通信较容易实现。 在总线接口单元的基础上增设Multicast Module, 在N条输入总线上增加M条组播总线，总线接口单元改成NM条输入。,11,具有信元复制功能的Multicast Module, 信元复制器把到达的某个信元按要求产生n个具有不同目的地址的拷贝信元。 在信元复制器正在拷贝信元期间，其它到达信元被暂时缓冲在cell buffer中。 N的个数和目的
4、地址值由Multicast Virtual Circuit表决定，此表在有连接要求的新的目的地址加入时被更新。 (Eng. K, 1998)提出新的方法加以改进。,12,3.4.2 Coprin交换单元,References1. Coudreuse J.P. Servel M., “Prelude: an asynchronous time-division switched Network”, ICC87, Seattle, June 19872.李海萍，刘斌，“基于Prelude思想的实用ATM交换模块”内部资料，网上文件(prelude.zip)。,13,作业,1. (指出)ATM交换机
5、中常用的信元排队方法、并比较他们的性能？ 2. 假定在Coprin交换单元中，参与交换的信元长5 Byte, 其中1 Byte净荷域，见下图所示：信元按信头标志交换。同时假定经相位对准以后到达Coprin复用器的信元时基如下图所示：请按顺序画出符合上述交换要求的空分交换的5种状态？,14,Coprin交换：基本情况, 最初，实验目的的设计，CNET(法国电信研究中心)研制和实现，(Coudreuse,1987) 有报道。 规模：信元长度16Byte = 15Byte净荷1Byte信头 link speed 280Mbit/s 16 16空分矩阵 18Byte信头指导连接参考号相当于VPI/VC
6、I 举一个简化的例子来讲其原理 (按四字节信元)4 Bytes cell,15,Coprin交换器系统组成与工作步骤, 在线路上完成信元同步信头差错控制 ete.标准功能 交换器 复用器 (Super Multiplexing)缓冲存储器 (Buffering)分路器 (Demultiplexing)控制器 (Controller)操作特点：(1) 所有的信元都作为并行的信元流进行操作(2) 所有信元都由中央控制器顺序处理,16,Coprin交换器：特殊的复用器,17,Coprin交换器：特殊的复用器,复用器的特点：(1) 所有信头被一空分交换器集中交换到一条 特定的出线上，(该出线上完全有信
7、头值)(2)空分交换器动态改变其交换状态(有限集，循环方式)来达到对输入线路上的信元字节(单位粒度)进行交替复用之目的使得(除信头出线外)，第一条出线上输出所有信元的第一字节(净荷)第二条出线上输出所有信元的第二字节第N条出线上输出所有信元的第N字节,18,Coprin交换器：空分交换器的四种状态,(3) 要达到上述目标的一个简化举例的四种状态如下：,19,Coprin交换：缓冲存储器,可以被认为是中央排队系统(但有一些特殊性) 特殊性体现在： (1) 逻辑上分成多个区 信头域第一字节域第N字节域(2) 对一个完整的信元有效存放方式是地址1(斜式)排列写入 / 读出地址，操作有特色,20,Co
8、prin交换：Supermultiplexing,21,Coprin交换：分路器, 从存储器中得到斜排列的信元 通过空分交换来完成信元重构 分路器的空分交换状态与复用器恰好相反(请参考复用器部分不再详述),22,Coprin交换：分路器, 信头翻译 产生读出信元的信头域地址 产生broadcast/multicast操作 操作原理 (1) 信头翻译表N个输出链路对应的信元头FIFO队列集合选择器附带的读地址控制逻辑(2) 翻译表数据结构,23,Coprin交换：分路器,24,Coprin交换：缓冲存储器控制与翻译表(Cont.),(3) 选择器按时基读出当前从Memory中取出哪个信元的信头地
9、址，选择策略可以 轮转 最长FIFO队列其它方针 (4) 一个时基读出地址到下一个时基读出地址，要维护地址1，以便把整个信元的净荷字节读完。,25,Coprin交换：信元存储器组织,26,4. ATM交换机构(ATM Switching Fabric),1. 几个概念 ATM交换单元(ATM Switching Element) ATM交换机构(ATM Switching Fabric) 基本的ATM交换模块 Basic ATM Switching Module(Block)以上几个不同的概念在容量、结构(构成)和控制方式等方面存在着不同。 2.典型的ATM交换单元 Roxanne(R)交换单
10、元 Coprin交换单元 Athena交换单元 其它,27,4. ATM交换机构(ATM Switching Fabric),3. ATM交换机构 Roxanne交换机构 Bss交换机构 Athena交换机构 St. Louis交换机构 Batcher-Banyan多级互连网,28,Roxanne(R)交换单元,基本情况 简称为R交换单元 Alcatel研究学者，Henrion (Henrion, 1990) 中央排队，在介绍原理时称为SBM(Shared Buffer Memory) R交换单元在以下的介绍中也叫ISEISE：Integrated Switching Element规模：32
11、32/155.520Mb/s每口号称：单片集成交换单元(作为过渡产品，16 16的实验系统曾被实验过)。,29,(R)交换单元：系统结构, L=64bit,总线周期为64bit/150Mbit/s=0.43us 采用双端口RAM实现SBM，操作速度是0.43/3213ns,30,(R)交换单元：选路逻辑,功能： 完成信元路由标签处理 数据结构如下：,31,(R)交换单元：SMB原理、方法及缓冲器管理策略,两种共享存储器管理方法： 1.完全共享(Full sharing) 2.部分共享(Partly sharing),32,(R)交换单元：空闲地址链表管理, 从空闲地址池中拿走一个地址单元：写进
12、一个信元 释放链上的单元到空闲地址FIFO：读走信元,33,(R)交换单元：Multicast, R交换单元实现Multicast通过信元拷贝的方式，Cell copy的原理类似于Coprin中的输出控制地址队列机制。 对应Multicast的扇出值，需建立对应信元拷贝计数器，每拷贝送出一个信元，计数器的值减1，直到计数器值减到零表示完成该Multicast操作。 R交换单元(以及之后我们要讨论到的R交换机构)中使用路同标签来实现Routing,而路由标签呈现为一串bit的形式，它不足以用来指示应向哪些出线提供信元拷贝，所以信元拷贝的数目以及相应的地址被存储在ISE内部一个特殊存储器中。 由于
13、采用链表技术管理存储单元时，在Multicast情况下，读走某个单元并不马上释放该单元，所以控制操作会进一步复杂。,34,(R)交换单元：双端口存储读、写原理,35,MIN：Multistage Interconnection Network, MIN： 多级互连网 内部有阻塞：交换机构内部会发生信元丢失内部无阻塞：交换机构内部无信元丢失(如有阻塞的话，仅发生在交换机构的边缘上) MIN的路由控制分类 Routing in a Multistage Interconnection Network,36,多级互连网的路由控制：几个注意点, 在什么地方加入路由信息 什么时间作选择路由决策 基于连接
14、指连接为单位(粒度) 基于信元以信元为单位(粒度) 对Routing tag + Cell based 的情况则是将路由标签事先帖在信元前头和信元一起传递,37,基于连接的路由控制,38,基于信元的路由控制,39,R交换机构, 以上曾介绍过R交换单元 R交换机构由R交换单元通过MIN方式构成 R交换机构具有以下一些特征(1) 内部有阻塞(2) 呈现三级折叠多平面交换网络拓扑(3) 信元在交换机构的入口处被加上路由标签(routing tag)，在出口处删掉路由标签，并且 按类型实现点到点连接 按类型实现点到点连接,40,R交换机构拓扑结构：三级折叠对称网络,41,R交换机构的扩展,42,R交换机构：128128标准交换模块,43,R交换机构：多通路自选路由交换器, 多通路自选路由交换器为了降低ATM信元的阻塞率10-10，采取了以下三项措施：(1) 在基本交换单元内部设置排队(ISE)(2) 设置多个平面(0.4Erl.0.53Erl)(3) 在网络中设置多条通路以便尽可能多地分配业务流量 在交换机构的输出端口对信元进行重新排序对每个输入信元帖上 time stamp排序缓冲器输出队列合而为一 20%队列长度,t,恒定交换时延,
