【问题1】
（a）、（b）
ATM作为一种寻址型特殊分组传递方式，采用异步时分交换技术，将数字化语音、数据及图像等所有的数字信息分割成固定长度的数据块，在每个数据块前加上一个包含地址等控制信息的信元头，从而构成一个信元（cell）。信元实际上是固定长度的分组，其长度为53个字节，其中信头为5个字节，其余48个字节用来传送信息，称为信息段。ITU-T建议的信元格式，如图6-1所示。
ATM最重要的特点，就是携带用户信息的全部信元的传输、复用、交换过程，均在虚信道（VC）上进行。
虚信道（Virtual Channel，VC）是在两个或多个端点之间运送ATM信元的通信通路，由信头中的虚信道标识符（VCI）进行标识。它是ATM网络链路端点之间的逻辑关系，是在两个或多个端点之间传送ATM信元的通信同路，可用于用户到用户，用户到网路，以及网路到网路的信息转移。
虚路径（Virtual Path，VP）是在给定参考点上具有同一VCI的一组虚信道。虚信道在传输过程中，组合在一起构成虚路径。虚路由就是在给定参考点上具有同一虚路径标识符（VPI）的一群虚信道，VPI也在信头中传送。
虚通路VP和虚通道VC都是用来描述ATM信元单向传输的路由。每个VP可以用复用方式容纳多达65536个VC，属于同一VC的信元群拥有相同的虚通道识别符VCI（VC Identifier），属于同一VP的不同VC拥有相同的虚通路识别符VPI，VCI和VPI都作为信元头的一部分与信元同时传输。
ATM交换单元的核心是交换结构（Switch Fabric），大型交换机的交换单元一般由多个交换结构互连而成，小型交换机则可能由单个交换结构组成。根据具体使用的交换方式，交换结构可分为时分结构和空分结构两大类。
在时分交换结构中，各个输入/输出端口共享单一的通信母线，依据母线不同，可分成共享存储器和共享媒体两大类，这条共享通信母线的吞吐量决定了整个交换单元的容量，不可能超过此容量扩容。
在时分交换结构中，所有输入和输出端口共享一条通信母线，而空分交换结构中，输入和输出端口间有一组通路，这些通路并行工作使不同输入端口的信元可以同时由交换单元传送。这样交换单元的总容量就是每条通路的带宽乘以并行传送一个信元的通路平均数之积。因此，理论上空分交换结构的总容量没有上限。然而，实际上它要受到物理实现约束的限制，例如，器件引脚数、连接器限制和同步，因此不可能很大。典型的空分交换结构有纵横棒（Cross bar）结构、Banyan结构、Delta结构、重环回结构等。
（c）
MPLS中的关键概念是将路由控制和分组转发分离。
①用标签识别和标记IP分组，并把标签封装后的报文转发到已升级改善过的交换机或路由器，由它们在第二层进行标签交换，转发分组。
②IP报文标签的产生和分配所需的网络拓扑和路由信息则是通过现有的IP路由协议获得的，不用进行第二层地址和第三层地址之间的转换就可以实现IP地址和标签之间的映射。这就避免了在IP/ATM重叠模型中存在的地址解析问题。而且通过等价转发类（FEC），这种映射是汇聚性的，可以实现标签及路径的复用，提高了可扩展性。
MPLS协议规定，IP报文仅在MPLS网络边缘节点LER通过路由表查询并分配相应的等价转发类（FEC），同时采用固定长度的标签（4字节）表示该FEC，并将此标签附加到IP报头的前面，即意味着IP报头信息不再用于网络中后续标签交换路由器的路由查找操作。在每个标签交换路由器中建立一个类似于传统路由表的标签路由表。转发数据报时，在路由表中査找这些固定长度的标签以达到快速转发数据报，其速度远高于传统路由表査找采用的最长前缀匹配法。处于LSP路径中的标签交换路由器收到一个IP分组后，利用分组携带的标签在标签路由表中进行索引，确定下一跳标签交换路由器，在自己的出口端用新的标签替换原有标签。这样携带新标签的报文便沿着LSP向目的地转发。
同ATM、帧中继中的标签（即VPI/VCI、数据链路连接标识DLCI）一样，MPLS协议规定标签只具有本地意义（每个标签交换机对标签是独立编号的），沿着LSP路径逐跳（Hop by Hop）进行转发，在每一跳都要完成标签的转发与替换操作。在通常情况下，标签交换路径LSP的建立基于标准的IP路由协议，如开放最短路径优先协议（OSPF）。在传统的ATM和IP网中引入MPLS控制机制，仅从通信量管理和QoS这两个侧面来看，MPLS确实有着传统IP技术所无法实现的功能，可以将ATM和IP很好地结合在一起。
【问题2】
Banyan结构是一种重要的ATM交换结构，对Banyan结构的研究可追溯到对电话网电路交换结构的多级互连网络（Multistage Interconnection Network,MIN）的研究时期，研究MIN的目的主要是为了设计一无阻塞的而且交叉接点小于单级网络的多级网络，而后又在并行计算系统的处理机和存储器间互连研究中得到进一步的发展。显然，MIN同样适用于将小规模ATM交换结构组合成大容量交换单元，从而形成大规模ATM交换机，Banyan是一种基本的多级互连网络。
Banyan结构具有三个重要特征：第一，每个输入和输出间仅有唯一通道；其次，具有比特控制的自选路由功能；第三，模块化结构，如图6-13所示。其中，每个方框代表一个交换元件，它具有两个输入和输出，可根据输入路由标签确定输出线（路由标签为0，输出到0线；路由标签为1，输出到1线）。
下面以三级Banyan结构为例，简要说明工作过程，当比特流010, 0111011（其中010为路由标签，代表输出端口号）进入交换结构，第一级交换元件根据接收的第一比特决定比特流的出线，然后将第一比特丢弃，重复上述操作直至到达相应输出端口。在第一级中比特流输出到0线，第二级中比特流输出到1线，第三级输出到0线，正好到达指定端口且路由标签已丢弃，仅剩用户信息流。
显然，这种交换结构具有简单、模块化、可扩展性好及信元交换时延小等优点，但也存在着明显的问题。如图6-14，当两个数据块同时送往输出端口 011和010时，在第二级交换元件中就会产生共同使用1线路的情况，也就是发生了碰撞，如果不采取适当措施，这种碰撞会导致信元丢失。这种因争抢交换结构内部资源而引起信元丢失的现象称为内部阻塞。另外，当两个数据块同时送往同一输出端口时，还会发生输出阻塞。当然，由于输出阻塞不是由于交换结构本身的缺陷造成的，采用前面介绍的输入或输出缓冲排队方法可以很好地解决这个问题。
【问题3】
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