现代交换_chapter2(三)

1、三、交换单元的内部结构及工作原理三、交换单元的内部结构及工作原理3.4 总线型交换单元总线型交换单元 结构如图结构如图2.21所示。包括所示。包括入线入线控制部件、控制部件、出线控制部件和总线三部分。出线控制部件和总线三部分。 总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控制部件使用，分配到的输入部件将输和出线控制部件使用，分配到的输入部件将输入信号送到总线上入信号送到总线上。四、交换网络四、交换网络 T型交换单元功能型交换单元功能S型交换单元功能（不能单独使用）型交换单元功能（不能单独使用）交换单元容量增加有限交换单元容量增加有限四、交换网络四、交换网络 交

2、换网络：交换网络：由若干个交换单元按照一定的由若干个交换单元按照一定的拓扑结构构成的网络。拓扑结构构成的网络。 三大要素：三大要素：交换单元、交换单元间的拓扑交换单元、交换单元间的拓扑连接、控制方式连接、控制方式四、交换网络四、交换网络(1)单级交换网络单级交换网络: 一个交换单元组成，直接实现入线一个交换单元组成，直接实现入线到出线的连接到出线的连接(2) 多级交换网络多级交换网络第第1级的每个交换单元与第级的每个交换单元与第2级级的交换单元之间仅有一条链路的交换单元之间仅有一条链路四、交换网络四、交换网络 内部阻塞：内部阻塞： 出、入线空闲，但因交换网络级间链路被出、入线空闲，但因交换网络

3、级间链路被占用而无法接通的现象称多级交换网络的占用而无法接通的现象称多级交换网络的内部内部阻塞阻塞。 若用计算机的术语，阻塞也可称为冲突，若用计算机的术语，阻塞也可称为冲突，即不同入线上的信息试图时占用同一条链路。即不同入线上的信息试图时占用同一条链路。四、交换网络四、交换网络 无阻塞交换网络无阻塞交换网络 交换网络拓扑设计的交换网络拓扑设计的目标是满足一定的连接能力的要求下，尽目标是满足一定的连接能力的要求下，尽量最小化交叉点数。量最小化交叉点数。 三种无阻塞网络三种无阻塞网络严格无阻塞网络严格无阻塞网络可重排无阻塞网络可重排无阻塞网络广义无阻塞网络广义无阻塞网络四、交换网络四、交换网络 严

4、格无阻塞网络：严格无阻塞网络： 不管网络处于何种状态，任何时刻都可不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网络中建立一个连接，只要这个连以在交换网络中建立一个连接，只要这个连接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络中已建立起来的连接。中已建立起来的连接。理想网络理想网络四、交换网络四、交换网络 可重排无阻塞网络可重排无阻塞网络 不管网络处于何种状态，任何时刻都可不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在一个交换网络中直接或对已有的连接重以在一个交换网络中直接或对已有的连接重选路由来建立一个连接，只要这个连接的起选路由来建立一个连接，只要这个连接的起点和终点是空

5、闲的。点和终点是空闲的。四、交换网络四、交换网络 广义无阻塞网络广义无阻塞网络 一个给定的网络存在着固有的阻塞的一个给定的网络存在着固有的阻塞的可能，但有可能存在着一种精巧的选路方可能，但有可能存在着一种精巧的选路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排网络中已建立起来的连接。新安排网络中已建立起来的连接。四、交换网络四、交换网络 CLOS网络网络: CLOS首次构造了如图首次构造了如图2.28所示的所示的NN的的无阻塞交换网络无阻塞交换网络 (仅适用于奇数级网络仅适用于奇数级网络)。 采用足够多的级数，对于较大的采用足够多的级数，对于较大的N，能够设，

6、能够设计出一种无阻塞网络，其交叉点数增长的速度计出一种无阻塞网络，其交叉点数增长的速度小于小于N1（0 1）也就是说，使用）也就是说，使用CLOS网络，既可以减少交叉点数，又可以做到无阻网络，既可以减少交叉点数，又可以做到无阻塞。塞。四、交换网络四、交换网络CLOS网络的结构：网络的结构：两边各有两边各有r个对称的个对称的mn矩形交换单元，中间矩形交换单元，中间是是m个个r r的方形交换单元。的方形交换单元。每一个交换单元都与下一级的各个交换单元有每一个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。连接且仅有一条连接。任意一条入线与出线之间均存在一条通过中间任意一条入线与出线之间均存在

7、一条通过中间级交换单元的路径。级交换单元的路径。四、交换网络四、交换网络三级三级CLOSCLOS网络网络C(C(m,n,rm,n,r) ) 无阻塞条件无阻塞条件: :如果如果m 2n-1，则此网络是严格无阻塞的，则此网络是严格无阻塞的;如果如果m n，则此网络是可重排无阻塞的。，则此网络是可重排无阻塞的。四、交换网络四、交换网络TST网络网络结构：两侧是结构：两侧是T型接线器，中间是型接线器，中间是S型接线器型接线器负责输入复用线上时隙交换负责输入复用线上时隙交换负责复用线之间的空间变换负责复用线之间的空间变换负责输出复用线上时隙交换负责输出复用线上时隙交换四、交换网络四、交换网络工作原理工作

8、原理 每侧有每侧有32个个T接线器，接线器，T接线器的接线器的容量为容量为512，输入侧，输入侧T接线器采用接线器采用输出输出控制控制方式方式; S接线器采用接线器采用输出控制输出控制方式方式; 输出侧输出侧T接线器则采用接线器则采用输入控制输入控制方式。方式。四、交换网络四、交换网络工作原理工作原理 A用户用户 HW0TS2 B用户用户 HW31TS511双向路由，空闲时隙采用反向内时隙法。双向路由，空闲时隙采用反向内时隙法。首先选择内时隙首先选择内时隙7;对应反向内时隙为对应反向内时隙为7+512/2=263四、交换网络四、交换网络STS网络网络结构：两侧是结构：两侧是S型接线器，中间是型

9、接线器，中间是T型接线器型接线器负责输入复用线之间空间交换负责输入复用线之间空间交换负责内部时隙交换负责内部时隙交换负责输出复用线之间空间交换负责输出复用线之间空间交换四、交换网络四、交换网络工作原理工作原理 A用户用户 HW1TS5 B用户用户 HW2TS16四、交换网络四、交换网络BanyanBanyan网络网络 1. 结构结构 空分交换网络，由若干个空分交换网络，由若干个2x2交换单元组成的多交换单元组成的多级交换网络。级交换网络。 一个交叉连接单元有两种状态：平行连接和交一个交叉连接单元有两种状态：平行连接和交叉连接。叉连接。 44的多级互连网络的多级互连网络 4 个交叉连接单元连接起

10、来，得一个个交叉连接单元连接起来，得一个44的多的多级互连网络。每个入端到出端都有一条且仅有一级互连网络。每个入端到出端都有一条且仅有一条路径，如图所示。条路径，如图所示。 88的多级互连网络如图所示。可认为是由的多级互连网络如图所示。可认为是由前面前面4个个22加后面加后面2个个44交叉连接单元组成交叉连接单元组成的混合级构成。的混合级构成。88多级互连网络多级互连网络2. Banyan网络的性质网络的性质（ 1）惟一路径性质）惟一路径性质 Banyan网络中的每条入线和每条出线之间都网络中的每条入线和每条出线之间都只有一条路径，称之为惟一路径性质。只有一条路径，称之为惟一路径性质。（2）自

11、选路由性质）自选路由性质 Banyan网络的入端数和出端数相等。若设其为网络的入端数和出端数相等。若设其为N，则，则必有必有N2M。既可以把。既可以把N个入端和个入端和N个出端顺序分别编号为个出端顺序分别编号为M位二进制数字来区别位二进制数字来区别N个入端和出端。个入端和出端。一个一个N NN N的的BanyanBanyan网络共有网络共有M M级，由入端级，由入端 i i 到出端到出端 j j 的的连接，每级交叉连接单元的出口号组成一个连接，每级交叉连接单元的出口号组成一个M M位二进制数就表位二进制数就表示出口号。示出口号。01出端出端5（101）的路径）的路径如果把出线的编号如果把出线的

12、编号(或者叫作地址或者叫作地址)以二进制数字的形式以二进制数字的形式送到交换单元，则每一级上的送到交换单元，则每一级上的22交叉连接单元就只需要根交叉连接单元就只需要根据这个地址中的某一位就可以判别应将其送往哪一个出端上。据这个地址中的某一位就可以判别应将其送往哪一个出端上。输出冲突输出冲突内部争用，会内部争用，会引起内部阻塞引起内部阻塞（3）内部阻塞性质）内部阻塞性质 Banyan网络不仅有内部阻塞，而且这种内部阻塞随着网络不仅有内部阻塞，而且这种内部阻塞随着阵列级数的增加而增加。因此，阵列级数的增加而增加。因此，Banyan网络不可能做得很网络不可能做得很大。大。（1 1）增加多级开关阵列

13、的级数。把一个）增加多级开关阵列的级数。把一个M M级级BanyanBanyan网络对网络对折叠加，使其级数增加到折叠加，使其级数增加到2M2M1 1，得到的网络是无阻塞的，得到的网络是无阻塞的. .由由3 3级增加到级增加到5 5级，消除内部阻塞。级，消除内部阻塞。 内部阻塞是一个必须要解决的问题，近年来许多人进内部阻塞是一个必须要解决的问题，近年来许多人进行这方面的研究，提出了若干方案。行这方面的研究，提出了若干方案。011对折叠对折叠加为加为1101111011011010010对折叠对折叠加为加为01010（2）排序）排序Banyan网络，即通过在网络，即通过在Banyan网络前面添加

14、网络前面添加一个排序网络使其成为一个无阻塞网络。可以证明，一个排序网络使其成为一个无阻塞网络。可以证明， Banyan网络在满足某些特定条件下可以进行无阻塞连接，网络在满足某些特定条件下可以进行无阻塞连接，例如例如互换网络。互换网络。 洗牌洗牌互换网络的无阻塞性质互换网络的无阻塞性质 若有两个连接若有两个连接ab，cd，其中入端号和出，其中入端号和出端号满足：端号满足：ca，bd，dbca，则两连接，则两连接的路径完全不重叠。的路径完全不重叠。 在在BanyanBanyan网络前附加一个排序网络组成网络前附加一个排序网络组成排序输排序输入入的二进制序列可理解为不同信元中的虚通路标识的二进制序列可理解为不同信元中的虚通路标识符符(VCI)(VCI)。排序规则排序规则为：为：( (1)1)在每级，如果两个在每级，如果两个VCIVCI标识符到达同一个交换单元，则较标识符到达同一个交换