交换技术快速分组交换与异步转移模式

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6.1 快速分组交换与异步转移模式
6.1.1 快速分组交换
传统分组交换是20世纪60年代末至70年代初设计的。当时所用的传输媒质主要是铜线（包括同轴电缆和双绞线电缆），传输速率低（几十kbit/s)，传输误码率髙（10.4-10.6),因而网络性能的瓶颈是传输链路，而不是交换机。这就导致在链路层采用复杂的差错控制（ARQ)和流量控制协议，因为分组的差错和丢失在链路上解决比端到端解决要节省网络带宽资源的开销。除了链路速率低这一因素之外，当时的数据终端也不能实现数据的高速发送和接收处理。因此，对交换机的容量和处理能力要求不高，而采用基于软件实现的分组交换机是当时的设计趋势。在这种基于软件的^组交换机中，各个分组在交换机内的共享存储器中排队，并由单个CPU对分组逐个地进行串行处理，包括完成链路层的差错控制、流量控制功能和网络层的路由选择功能。由于用软件实现分组的存储转发，就能够对分组进行灵活的处理，也允许使用可变的分组长度。
经过几十年的发展，链路的主要传输媒质已变成光纤，其传输速率高达几Gbit/s,传输误码率低到10负9以下。网络性能的瓶颈不再是传输链路，而是节点的交换机。这就驱使人们去研究快速的分组交换技术。
快速分组交换的基本设计思想是简化分组交换机的协议处理，将复杂性推向网络边缘，也就是推向端系统。具体的实现快速分组交换的技术措施有如下几种。
(1)简化协议，取消链路层的差错控制和流量控制。由于光纤传输的误码率很低，逐条链路的差错控制已不再必要，极少发生的差错可以通过端到端的差错控制来解决。另外,流量控制也可以由端系统去实现。
（2）采用硬件实现分组转发和并行处理技术。在简化协议的基础上，分组交换的处理负荷相应减轻。随着CPU处理速度的提髙和并行处理方法的使用，用硬件实现分组转发成为可能，而这又进一步提高交换机的处理速度。
（3）采用固定长度的小分组（Mini-packet)。缩短分组长度有利于减小分组转发时延，尽管会引起单位时间内到达的分组数的增加，但优点还是主要的。采用固定长度的分组有利于分组交换机的硬件设计，便于安排从不同端口输人的分组，并实行并行交换。
（4）采用面向连接的分组交换方式。为了提髙交换速度，每个分组的处理必须尽量简单。在分组交换中比较费时的一个关键功能是路由选择。在无连接分组交换过程中，每个分组都要有完整的目的地址，分组到达交换节点时，交换机要根据分组的目的地址计算或查找路由表，获得下一节点的地址，从而将分组转发到相应的输出端口。当路由表的规模比较大时，每个分组的选路功能是相当费时的，对交换速度有重要的影响。采用面向连接的方式，在用户信息传送之前，先建立端到端的虚通路连接，在建立连接阶段实现复杂的路由计算功能。这样，在用户信息传送阶段，各分组不需携带目的地址，只需携带虚通路标识，更重要的是不需要完成选路功能，因为路由在建立连接阶段已经确定了。在建立连接阶段，还可以实现带宽等资源的分配，通过连接接纳控制可限制进网的业务量，因而可提供QoS保证。对于话音、视频和批数据的传送，面向连接的交换方式是很适合的，因为在连接建立以后用户信息的传送将持续相当长的时间，有限的连接建立时延只占很小的比例。面向连接的方式也有缺点。首先在传送单个短分组的场合，其效率是很低的，而且在承载多个独立短分组的情况下，会引起连接的频繁建立和释放，消耗过多的网络资源；其次，对每批次数据传送而言，存在连接建立时延，除非提前建立连接或使用预先建立的一直性虚通路。

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