交换技术考试分组交换节点的分析模型

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5.4 分组交换性能分析
前面我们已经明确，分组交换机（或路由器）是分组交换网的核心设备，它们的基本功能是实现信息以分组为单位的存储转发。现在让我们来研究分组交换的性能。衡量分组交换设备性能的主要指标是交换时延（Delay)和吞吐董(Throughput,又称通过量）。研究的主要数学工具是概率论和排队论。
　　5.4.1 分组交换节点的分析模型
作为分组交换网络节点设备的分组交换机（或路由器），是一种多输人、多输出设备。各输人端口首先接收并暂存到来的分组，识别和分析分组的首部；然后根据其中的目的地址或其他路由信息查找路由表，从表中得知该分组应该转发给哪一个下一节点；最后将分组转移到相应的输出端口，再从那里发送到连接本节点与下一节点的链路上。我们注意到，由于分组到达的随机性，在输出端口发送一个分组的时间内可能有两个或两个以上的输人分组同时转移到那里，从而引起对输出链路占用的竞争。这种现象称为输出冲突。为了解决这一问题，就需要采用分组缓冲器。在发生冲突的情况下，只能发送其中的一个分组，而暂时没有得到发送机会的分组只好在缓冲器中排队等待。图5-27(a)示出分组在交换机内部的转移及输出冲突的情形。根据这种工作情形，对于任一输出端口，可以得到如图5-27(b)所示的分组输出排队模型。
图5-27(b)所示的排队系统是一个随机服务系统，其服务对象（顾客）是来自各输人端口的要到指定输出端口去的分组。这些分组进人缓冲器排队，然后由服务器（这里是输出链路）对它们逐个地进行服务，每一个分组服务（发送）完毕就离开系统。该系统的主要特点是其输人不是单一分组流，而是由多个分组流叠加的合成分组流。对这样一个一般的排队系统进行分析是很闲难的。为了简化分析，我们不得不作一些假设。

首先假定各个分组是统计独立的，不仅从不同输人端U到来的分组是相互独立的(空间独立性），而且从同一端口在不同时间输入的分组也是相互对立的（时间独立性）。
假定各输人端口到达的分组流是泊松过程，如果从某一时刻去看，它们均服从泊松分布。
假定每一输人端口到达的分组均匀地转移到各输出端口。
在满足这些假设的条件下，到达输出端口的各个分组流（支流）均为泊松流，而且它们之间是相互独立的。不难证明，由这些支流叠加形成的合成流也将是泊松的。合成流与各个支流尽管都是泊松流，但它们的（平均）到达率是不同的。合成流的到达率是各支流的到达率之和。

因此，我们可以将图5-27(b)所示的分组排队模型修改为如图5-28所示的单输人单输出排队模型。
图5-28给出了一些与这个排队模型相关的重要参数。服务对象（分组）以某个平均速率A到达。在任何一个给定的时刻，一定数量的分组（零或多个）将在队列中等待，排队等待的分组数是而一个分组需要等待的时间是R。服务器对分组的脤务时间是fs，分组的服务率（离去率）是，它就是输出链路的速率。最后，有两个参数适用于整个系统，系统中逗留的分组数况，包括正在被服务的（如果有的话）和正在排队等待的（如果有的话）分组；还有一个参数是分组在系统中的逗留时间71，这包括排队等待时向和脤务时间。在这些参数中，A和M分别是分组的平均到达速率和平均服务速率，它们应该采用相同的度量单位，如分组/秒或bit/s;Ts,Q,Tq,N,T一般都是随机变量。
在分组到达过程为泊松过程的条件下，上述排队系统可以得到比较简单而明确的分析结果。

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