千兆位局域网络技术
毛席龙 王宏
对于千兆位网络技术而言,局域网和城域网二者所采用的技术并无本质
区别。千兆位局域网络技术可以将几座大楼之间的计算机系统或者校园内的计
算机、打印机、图像服务器及语音服务器等端系统连接成一个大型网络。我们
根据千兆位局域网络技术不同的实现方法,分两方面讨论这种高速网络技术。
一、共享媒介网络
共享媒介网络基于总线或环的概念,所有的网络节点都位于同一根电缆
上。在共享媒介网络上,物理介质可由多个系统共同访问,没有哪一个系统能长
时间地占用媒介带宽,整个共享媒介网络的带宽由网上所有节点共享。因此,在
共享媒介网络上可以容易地实现广播机制,因为所有的网络节点都在监听同一
根电缆。
共享媒介网络的一个最大问题就是当有许多节点需要同时访问同一种物
理介质时,怎样保证资源分配的合理性?当许多节点都预约了一定大小的带宽
时,如何满足它们的要求?
对于上述带宽分配和带宽预约问题,千兆位局域网络技术一般采用建立
某种仲裁机制的方法来解决。
1.千兆位共享媒介网络
要把传统的共享媒介网络的速度提高到千兆位,有许多问题需要解决。
首先是传播延迟。光纤的传播延迟是固定的,随着速度的提高,光纤上位的数目
也越来越多,这种技术发展对接入技术具有重要的影响,如以太网的传输性能是
受网络长度限制的(一定时间内在网络上存在的位数),它将很难获得更高的性
能。如何提高网络性能将是我们面临的首要问题。
另一个问题就是信元大小的选择。对于高速短距离的信息传递,信元大
小并不是主要问题,由于有足够的带宽,一个53字节的信元与一个256字节的信
元的串行传输时间的差小于2μs。
2.剑桥主干环网
剑桥主干环网(CBR)由剑桥大学和Olivetli研究中心共同建立,该网络
可作为千兆位局域网络的应用典型。
CBR的帧格式如下表:
每个CBR帧的数据由4个槽组成,每个时间槽中的数据是36字节,其中包含
16位的源地址和目的地址及32字节的实际数据。
CBR帧可以反映出网络是否处于空闲状态,其它的网络节点通过对CBR帧
的监视,决定是否往环上放数据。当系统判定CBR的目的地址与自己相符时,就
从环上抓取该帧,当系统收到它自己发出的CBR帧时,就从环上移走该帧,从而
使环路可被重新利用。CBR帧也支持广播功能。
由于CBR帧由4个时间槽组成,因而会引发超级令牌的产生。一旦环上产
生了超级令牌现象,环上的节点会占用其它节点资源,以消除超级令牌现象。
CBR不允许系统节点占用曾经进行过成功发送的时间槽,而必须使该时间槽空
载通过,以利于系统资源共享。
因此,CBR支持系统帧重发功能,这样,到达接收站的帧的顺序有可能与发
送时不同,这与ATM的概念有所区别。CBR对性能保障提供有限支持,环上每个
站有可能利用每个时间槽,所以,最大传输延迟是有限制的。
CBR较好地解决了分时间槽传输时令人头痛的超级令牌现象。
3. IEEE802.6标准(DQDB)
DQDB标准之所以备受青睐,原因在于其标准制定者与ATM标准制定者保持
着良好的合作关系,以保证DQDB局域网可以较好地与ATM远程网互联。
在DQDB网络中,每个节点都连接在两条反向总线上,这两条总线沿相反的
方向传输数据,这样,在任何两个节点之间都存在一条传输通道。传输是分时操
作的,每个时间槽都包含一个48字节的信元及5字节的信元头,时间槽由总线两
端的节点产生,由头至尾顺序传递。事实上,DQDB采用的就是双总线机制,当环
路出现故障时,DQDB的重构功能可以使网络成为总线结构。
像CBR一样,DQDB网络也将数据按时间槽传输,与CBR不同的是,DQDB的时
间槽并不组成一个帧,因此,其网络就可以支持实时传输功能,同时还支持时间
槽的永久预约。通过采用分布式仲裁机制,系统节点可以在合适的线上预约一
个时间槽,进行信元传输。
然而,DQDB系统也存在着许多问题。首先是时间槽的公平分配,当有两个
节点需要同时发送数据时,时间槽的公平分配就难以保证。解决这个问题并不
是一件容易的事情。DQDB网络采取了一种折衷方式,当前一节点自己的时间槽
到来时,并不是立即占有这个时间槽,而是让这个时间槽空载通过,该时间槽可
让其它节点进行数据发送。这样做,可以防止某个节点长时间、固定地占用某
些时间槽。
DQDB网络的另一个问题就是在高负载的情况下,系统节点发送数据的时
间取决于系统总线长度。系统节点在机器内排列信元的时间往往比信元总线传
输的时间短得多,其结果是信元发送时间严重依赖于总线长度。
DQDB网络支持两类服务,即预约传输和传统IEE802.3类型的传输。最初
的目标是与ATM标准完全兼容,支持ATM所有的AAL格式的信元能与ATM广域网络
互连,并实现对ATM网络的透明支持。但是,随着时代的发展,DQDB标准内部也
发生了一些变化,现在看来,DQDB网络很快与ATM网络实现互连的可能性不大。
其它高速局域网还有HP公司建立的Hangman千兆位局域网、贝尔实验室
建立的曼哈顿街区网MSN等,它们都是千兆位局域网络的一些典型例子。
二、局域网交换技术
人们在发展传统的共享媒介机制局域网络的同时,也大力发展了交换网
络技术,许多局域ATM交换机所采用的技术与广域ATM交换机并无本质差别,其
主要区别在于端口的数目,局域网ATM交换机的端口数目一般只有8～32个,而
广域网ATM交换机则支持上千个I/O端口。
除此之外,局域网ATM交换机与主机之间的光缆长度也比广域网的短得
多。由于传输距离短,传输延迟小,交换机与主机之间通信时的缓冲区管理就有
可能更加协调。
AN2交换机是DEC系统研究中心开发的ATM交换机,该局域网交换机具有16
个输入端口和16个输出端口。
AN2交换机的信元交换可分成两种不同类型,即CBR和VBR。
CBR交换需要预先分配一定的带宽,分配方法是将1000个信元合成一个虚
拟帧,在每个帧中,将CBR电路分配给某个特定的信元。所有未分配CBR电路的
信元及已分配但未使用的信元,都可以使用VBR电路。如果在某一时刻有太多
的VBR电路需传送数据,那么,其中的某些信元将被丢弃。
为防止VBR电路中的信元丢失,AN2将输入缓冲与流量控制结合在一起。
如果输入缓冲区较小,而电路正以最大速率传输数据,则要停止发送,直到获得
下一次许可;如果缓冲区足够大,发送者就可以一直在链路上传输自己的信元。
远距离传输数据时的缓冲区空间比近距离传输要显得宝贵。例如,以OC-3速率
传输数据时,1公里光纤能同时容纳4个信元,而以千兆位速率传输数据时,1公
里光纤也只能容纳24个信元,即使交换机在每条链路上可同时支持上千个虚电
路,那么,近距离传送时,接收端所需的系统缓冲区也只需要几兆字节。
一组AN2交换机同时工作时,可以自动学习路由,网络中的交换机可彼此
交换网络拓扑信息,以产生最佳路由。
三、结论
建立千兆位局域网有许多途径,共享媒介千兆位局域网包括CBR、
Hangman、DQDB及MSN等网络,不同的网络有不同的实现方法。有些网络提供?
阅鼙Ｕ?有些网络在错误处理方面有更强大的功能。AN2交换机是以局域网为
基础的千兆位级的交换机,它通过利用较短的物理链路和恰当的流量控制协议
来减小信元丢失的概率。Cisco公司的交换机系列也提供了强大、高速的交换
功能。限于篇幅,有关交换机的具体原理和ATM交换机的产品特性本文不作详
细阐述。
|