交換技術(shù)快速分組交換與異步轉(zhuǎn)移模式

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6.1 快速分組交換與異步轉(zhuǎn)移模式
6.1.1 快速分組交換
傳統(tǒng)分組交換是20世紀(jì)60年代末至70年代初設(shè)計(jì)的。當(dāng)時(shí)所用的傳輸媒質(zhì)主要是銅線（包括同軸電纜和雙絞線電纜），傳輸速率低（幾十kbit/s)，傳輸誤碼率髙（10.4-10.6),因而網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸是傳輸鏈路，而不是交換機(jī)。這就導(dǎo)致在鏈路層采用復(fù)雜的差錯(cuò)控制（ARQ)和流量控制協(xié)議，因?yàn)榉纸M的差錯(cuò)和丟失在鏈路上解決比端到端解決要節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的開銷。除了鏈路速率低這一因素之外，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)終端也不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速發(fā)送和接收處理。因此，對(duì)交換機(jī)的容量和處理能力要求不高，而采用基于軟件實(shí)現(xiàn)的分組交換機(jī)是當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。在這種基于軟件的^組交換機(jī)中，各個(gè)分組在交換機(jī)內(nèi)的共享存儲(chǔ)器中排隊(duì)，并由單個(gè)CPU對(duì)分組逐個(gè)地進(jìn)行串行處理，包括完成鏈路層的差錯(cuò)控制、流量控制功能和網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇功能。由于用軟件實(shí)現(xiàn)分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，就能夠?qū)Ψ纸M進(jìn)行靈活的處理，也允許使用可變的分組長(zhǎng)度。
經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，鏈路的主要傳輸媒質(zhì)已變成光纖，其傳輸速率高達(dá)幾Gbit/s,傳輸誤碼率低到10負(fù)9以下。網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸不再是傳輸鏈路，而是節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)。這就驅(qū)使人們?nèi)パ芯靠焖俚姆纸M交換技術(shù)。
快速分組交換的基本設(shè)計(jì)思想是簡(jiǎn)化分組交換機(jī)的協(xié)議處理，將復(fù)雜性推向網(wǎng)絡(luò)邊緣，也就是推向端系統(tǒng)。具體的實(shí)現(xiàn)快速分組交換的技術(shù)措施有如下幾種。
(1)簡(jiǎn)化協(xié)議，取消鏈路層的差錯(cuò)控制和流量控制。由于光纖傳輸?shù)恼`碼率很低，逐條鏈路的差錯(cuò)控制已不再必要，極少發(fā)生的差錯(cuò)可以通過(guò)端到端的差錯(cuò)控制來(lái)解決。另外,流量控制也可以由端系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)。
（2）采用硬件實(shí)現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)和并行處理技術(shù)。在簡(jiǎn)化協(xié)議的基礎(chǔ)上，分組交換的處理負(fù)荷相應(yīng)減輕。隨著CPU處理速度的提髙和并行處理方法的使用，用硬件實(shí)現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)成為可能，而這又進(jìn)一步提高交換機(jī)的處理速度。
（3）采用固定長(zhǎng)度的小分組（Mini-packet)?？s短分組長(zhǎng)度有利于減小分組轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，盡管會(huì)引起單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)的分組數(shù)的增加，但優(yōu)點(diǎn)還是主要的。采用固定長(zhǎng)度的分組有利于分組交換機(jī)的硬件設(shè)計(jì)，便于安排從不同端口輸人的分組，并實(shí)行并行交換。
（4）采用面向連接的分組交換方式。為了提髙交換速度，每個(gè)分組的處理必須盡量簡(jiǎn)單。在分組交換中比較費(fèi)時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵功能是路由選擇。在無(wú)連接分組交換過(guò)程中，每個(gè)分組都要有完整的目的地址，分組到達(dá)交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，交換機(jī)要根據(jù)分組的目的地址計(jì)算或查找路由表，獲得下一節(jié)點(diǎn)的地址，從而將分組轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出端口。當(dāng)路由表的規(guī)模比較大時(shí)，每個(gè)分組的選路功能是相當(dāng)費(fèi)時(shí)的，對(duì)交換速度有重要的影響。采用面向連接的方式，在用戶信息傳送之前，先建立端到端的虛通路連接，在建立連接階段實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的路由計(jì)算功能。這樣，在用戶信息傳送階段，各分組不需攜帶目的地址，只需攜帶虛通路標(biāo)識(shí)，更重要的是不需要完成選路功能，因?yàn)槁酚稍诮⑦B接階段已經(jīng)確定了。在建立連接階段，還可以實(shí)現(xiàn)帶寬等資源的分配，通過(guò)連接接納控制可限制進(jìn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)量，因而可提供QoS保證。對(duì)于話音、視頻和批數(shù)據(jù)的傳送，面向連接的交換方式是很適合的，因?yàn)樵谶B接建立以后用戶信息的傳送將持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，有限的連接建立時(shí)延只占很小的比例。面向連接的方式也有缺點(diǎn)。首先在傳送單個(gè)短分組的場(chǎng)合，其效率是很低的，而且在承載多個(gè)獨(dú)立短分組的情況下，會(huì)引起連接的頻繁建立和釋放，消耗過(guò)多的網(wǎng)絡(luò)資源；其次，對(duì)每批次數(shù)據(jù)傳送而言，存在連接建立時(shí)延，除非提前建立連接或使用預(yù)先建立的一直性虛通路。

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