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60年代末至70年代初設(shè)計的。當時所用的傳輸媒質(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。這就導致在鏈路層采用復(fù)雜的差錯控制（ARQ)和流量控制協(xié)議，因為分組的差錯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，當時的數(shù)據(jù)終端也不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速發(fā)送和接收處理。因此，對交換機的容量和處理能力要求不高，而采用基于軟件實現(xiàn)的分組交換機是當時的設(shè)計趨勢。在這種基于軟件的^組交換機中，各個分組在交換機內(nèi)的共享存儲器中排隊，并由單個CPU對分組逐個地進行串行處理，包括完成鏈路層的差錯控制、流量控制功能和網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇功能。由于用軟件實現(xiàn)分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，就能夠?qū)Ψ纸M進行靈活的處理，也允許使用可變的分組長度。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，鏈路的主要傳輸媒質(zhì)已變成光纖，其傳輸速率高達幾Gbit/s,傳輸誤碼率低到10負9以下。網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸不再是傳輸鏈路，而是節(jié)點的交換機。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)計思想是簡化分組交換機的協(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)。具體的實現(xiàn)快速分組交換的技術(shù)措施有如下幾種。
(1)簡化協(xié)議，取消鏈路層的差錯控制和流量控制。由于光纖傳輸?shù)恼`碼率很低，逐條鏈路的差錯控制已不再必要，極少發(fā)生的差錯可以通過端到端的差錯控制來解決。另外,流量控制也可以由端系統(tǒng)去實現(xiàn)。
（2）采用硬件實現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)和并行處理技術(shù)。在簡化協(xié)議的基礎(chǔ)上，分組交換的處理負荷相應(yīng)減輕。隨著CPU處理速度的提髙和并行處理方法的使用，用硬件實現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)成為可能，而這又進一步提高交換機的處理速度。
（3）采用固定長度的小分組（Mini-packet)?？s短分組長度有利于減小分組轉(zhuǎn)發(fā)時延，盡管會引起單位時間內(nèi)到達的分組數(shù)的增加，但優(yōu)點還是主要的。采用固定長度的分組有利于分組交換機的硬件設(shè)計，便于安排從不同端口輸人的分組，并實行并行交換。
（4）采用面向連接的分組交換方式。為了提髙交換速度，每個分組的處理必須盡量簡單。在分組交換中比較費時的一個關(guān)鍵功能是路由選擇。在無連接分組交換過程中，每個分組都要有完整的目的地址，分組到達交換節(jié)點時，交換機要根據(jù)分組的目的地址計算或查找路由表，獲得下一節(jié)點的地址，從而將分組轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出端口。當路由表的規(guī)模比較大時，每個分組的選路功能是相當費時的，對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，在建立連接階段實現(xiàn)復(fù)雜的路由計算功能。這樣，在用戶信息傳送階段，各分組不需攜帶目的地址，只需攜帶虛通路標識，更重要的是不需要完成選路功能，因為路由在建立連接階段已經(jīng)確定了。在建立連接階段，還可以實現(xiàn)帶寬等資源的分配，通過連接接納控制可限制進網(wǎng)的業(yè)務(wù)量，因而可提供QoS保證。對于話音、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，因為在連接建立以后用戶信息的傳送將持續(xù)相當長的時間，有限的連接建立時延只占很小的比例。面向連接的方式也有缺點。首先在傳送單個短分組的場合，其效率是很低的，而且在承載多個獨立短分組的情況下，會引起連接的頻繁建立和釋放，消耗過多的網(wǎng)絡(luò)資源；其次，對每批次數(shù)據(jù)傳送而言，存在連接建立時延，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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