交换技术论文1

《交换技术》论文

论文题目：基于优选的交换机

年级：2009级

小组成员：郭正红 20091170096

王斌 20091060233

王东昊 20091060031

任崝20091060115

任课教师：常俊老师

二零一二年六月

目录

摘要 (3)

绪论 (4)

一、单阶段优选交换机 (4)

（一）基本结构 (4)

（二）优选集中器原则 (7)

（三）集中器的结构 (9)

二、信道分组原则 (12)

（一）最大吞吐量 (12)

（二）广义优选原则 (14)

三、二级的组播输出缓冲器ATM的交换机 (16)

四、附录 (21)

五、结论 (23)

参考文献 (23)

摘要

交换机(英文：Switch，意为“开关”)是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。本文主要讨论基于优选的交换机。目前还没有商业的交换机使用了此规则—优选规则。这是因为这些结果建立在假设从不同的输入端输入的通信量分配是不相关的，而这一假设很不实际。除此之外，多余的单元被交换系统丢弃这种说法也很难让人轻易接受。通常，当缓冲器满了或者是超过了设定值，多的单元才会被自动丢弃。虽然优选规则还没有应用到实际的交换系统中，但它的概念已经吸引了很多专家，并且很多基于该概念的结构提出来了。有一些结构将在本章节进行讨论。

关键词：交换机，网络设备，优选

绪论

如同第五章所述，带有输出缓冲器的交换机（包括带共享存储的交换机）可以提供最好的时延输出特性。输出缓冲器式交换机的问题在于它们的容量受内存速率的影响。考虑有100个端口的ATM交换机：在同一时隙100个单元同时到达同一个输出端口的概率是多少？如果这个概率很低，为什么我们还需要在同一时刻容纳可以100个单元的输出缓存器。在20世纪80年代，一群在贝尔实验室的研究人员曾试图解决这个问题。他们通过限制在每个时隙可到达输出端口的单元个数，因此在输出端内存速率不再是交换系统的一个约束。多余的单元被交换系统丢掉。这个概念就被称为“优选规则”。现在的问题是在每个时隙应该有多少个单元传输到输出端口。如果太多，内存速率将是一个瓶颈。如果太少，在交换系统中单元的损失率就会太高。在一定的损失率的基础上，单元的数量可以确定。不考虑交换机的大小，在损失率为10-10时单元的个数为12.

对于输出缓冲器内存速率不再是一个瓶颈，结果在某种程度上看似很好的。然而，目前还没有商业的交换机使用了此规则—优选规则。这是因为这些结果建立在假设从不同的输入端输入的通信量分配是不相关的，而这一假设很不实际。除此之外，多余的单元被交换系统丢弃这种说法也很难让人轻易接受。通常，当缓冲器满了或者是超过了设定值，多的单元才会被自动丢弃。

虽然优选规则还没有应用到实际的交换系统中，但它的概念已经吸引了很多专家，并且很多基于该概念的结构提出来了。有一些结构将在本章节进行讨论。第9.1节描述了优选规则、一个应用实现和基于优选交换机的结构。第9.2章介绍了一个强有力的概率—信道分组，它保存在交换机上的路由连接。一个广义的优选规则的概念将被提出，它通过整合信道分组来扩展原优选规则。第9.3节，基于广义优选规则，描述了两个阶段的组播输出缓冲器交换机。第9.4节是一个附录，它主要介绍了在本章节中出现的方程式的来源。

一、单阶段优选交换机

（一）基本结构

优选交换机如图9.1所示。它由完全广播互连的结构和N个总线接口组成。其中，广播互连结构有二个基本的特点：（1）每个输入端口都有独立的广播总线，（2）每个输出端口都可以连接都所有的广播总线，也即所有的输入单元。

因为每个输入都有一个直连的路径到达每个输出端口，在互连结构里是没有交换机堵塞的。唯一的堵塞出现在输出端的接口处，由于不同输入端的单元会同时到达同一个输出端。在某一程度下交换机结构可以模块化，N个广播总线可以安放在一个设备背板上，即在一个单一的插入式电路板上安置N对输入/输出线。

图9.2阐述了总线接口结构与交换机的每个输出端口的联系。总线接口主要有三个部分。在最上面是一行的N个单元滤波器，每个单元的目的地址将在这被检查，只有那些目的地址是输出端口的才被允许进入集中器，其他的就被阻塞了。集中器是N个端口输入的，L个端口输出的，在每个时隙集中器都将有L个输出单

元。这L个输出单元将输入到一个共享缓冲器，这个共享缓冲器主要由一个移位寄存器和L个独立的FIFO缓存器组成。这个共享缓冲器完全共享这L个独立的FIFO 缓存器，并提供一个L个输入、一个输出的队列，每个操作都按照FIFO队列规则。移位寄存器的操作如图9.3。在时隙T时，A、B、C单元到达并保存在FIFP缓冲器的最顶部，在时隙T+1时，D到J单元到达并且以此保存到FIFO缓冲器中。在移位寄存器的输出端单元的位置号是等于所有到达的单元数模除L。

（二）优选集中器原则

所有的单元通过单元滤波器进入集中器，集中器是N-L形的。在一个时隙中有k个单元达到集中器的输入端，如果k<=L，则这k个单元将在集中器的1-k的输出端口输出。如果k>L，集中器的所有L个输出端口都将有输出单元，另外的k-L 个单元将在集中器中丢失。

单元损失率的估计如下。假设在每个时隙单元到达输入端口的固定概率为ρ。每个单元都有相同的概率到达任意输出端口。定义为在一个时隙内有k个单元要到达同一个输出端口。其二项式描述如下：

在N-L型集中器里单元的丢失概率为：

当

利用式9.2和9.3，图9.4a画出了单元损失率相对于集中器输出端口数L的曲线，其中，ρ=0.9，N=16、32、64、∞。从曲线图中可以看出对于很大的N值，集中器的输出端口仅仅有8个时单元损失率已经小于10-6。这就好比传输中以10-9的比特错误率丢失500比特的单元。从图9.4a中还可以看出当集中器的输出端口数超过8个时，单元损失率减小。因此，不管集中器的输入端口数N，当集中器有12个输出端口时单元损失率将小于10-10。图9.4b说明了，即使是在交换机负载为100%时集中器的输出端口数与交换机的负载量不是很有关系。同样也很重要的是，假设相互独立的单元到达各个输入端口，在分析中采用了相对最坏的简单同

构的模型，其在图9.4显示的单元损失率在任何一个异构统计之上。