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一、引言
從傳統(tǒng)的觀點看，電路交換技術(shù)不適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，而分組交換技術(shù)則是當今因特網(wǎng)技術(shù)的主流。但是隨著光傳輸技術(shù)的發(fā)展，帶寬已不再是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。技術(shù)的進步使得原本分組交換的優(yōu)勢和電路交換的缺陷在當今已不再有意義，而且隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，原本處于優(yōu)勢的分組交換技術(shù)也暴露出越來越多的問題，而有些問題若使用電路交換技術(shù)則很容易解決。光交換技術(shù)的發(fā)展，更是為我們開辟了一個新的天地。本文討論了在高速網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)交換技術(shù)存在的問題，介紹了高速網(wǎng)絡(luò)中新興的交換技術(shù)，分析了在高速交換中如何結(jié)合分組交換和電路交換優(yōu)勢的問題，并討論了它們與光傳輸技術(shù)的融合趨勢，最后重點對光交換技術(shù)進行了探討。
二、電路交換和分組交換
電路交換技術(shù)很少用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，主要是因為其資源利用率低。分組交換技術(shù)通過統(tǒng)計復(fù)用方式，提高了資源利用效率;而且當出現(xiàn)線路故障時，分組交換技術(shù)可通過重新選路重傳，提高了可靠性。但是現(xiàn)狀是：許多線路資源由于缺少交換能力而未被使用，使用的線路資源利用率往往不到10%，路由器平均一年的當機時間不到5s，發(fā)生故障的概率很小。因此資源利用率和可靠性對于當今選擇交換技術(shù)沒有意義。
另一方面，分組交換是面向非連接的，對于一些實時性業(yè)務(wù)有著先天的缺陷，雖然有資源預(yù)留等一系列緩解之道，但并不足以解決根本問題。因此這些業(yè)務(wù)的QoS問題較為復(fù)雜。而電路交換技術(shù)是面向連接的，很適用于實時業(yè)務(wù)，其QoS問題要簡單得多。同時，與分組交換技術(shù)相比，電路交換技術(shù)實現(xiàn)簡單，價格低廉，易于用硬件高速實現(xiàn)，且由于其不需要緩沖區(qū)，因此它更易于與光技術(shù)融合。當然，電路交換技術(shù)的用戶與WDM之間的流量粒度不匹配問題也有待進一步解決。如果拋開現(xiàn)有設(shè)施重新組網(wǎng)的話，或許選擇電路交換技術(shù)的可能性甚至大于選擇分組交換技術(shù)。這里可以舉出一個例子對電路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)做一個比較。假設(shè)一個服務(wù)器通過一條1Mbit/s的鏈路與100個用戶連接，如果如表1所示。
表1 兩種交換方式的性有比較
電路交換 分組交換
帶寬 1Mbit/s 10kbit/s
平均時延 50s 100s
最大時延 100s 100s
顯然此例中，采用電路交換技術(shù)，99%的用戶將先完成業(yè)務(wù)。如果能很好的解決電路交換技術(shù)的用戶與WDM(波分復(fù)用)之間的流量粒度不匹配問題，因特網(wǎng)可能會完全采用電路交換技術(shù)。
三、當前高速交換應(yīng)用中的問題
當前因特網(wǎng)的主干線路采用的是SONET(同步光纖網(wǎng))或是SDH(同步數(shù)字系列)，就其本質(zhì)應(yīng)屬于電路交換技術(shù)。而本地網(wǎng)接入則采用的是IP路由器，屬于分組交換技術(shù)。所以當今的因特網(wǎng)采用的應(yīng)是電路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)結(jié)合，而且在主干線路中，電路交換技術(shù)的用戶與WDM之間的流量粒度不匹配問題也不存在，因而工作得相當出色。
由于線路資源的增長速度是每7個月翻一倍，包處理能力的增長速度是每18個月翻一倍，大大落后于線路資源的增長，因此為了避免路由器成為因特網(wǎng)的瓶頸，我們必須在分組交換的實現(xiàn)中采用新的技術(shù)，開發(fā)高性能路由器。當前限制路由器處理能力的主要因素是對存儲器的隨機訪問時間。因為路由器采用的是分組交換，它必須能夠緩存線一包不可預(yù)計的時間。對高性能路由器而言，如果選用SRAM(靜態(tài)RAM)，能夠?qū)崿F(xiàn)較快的隨機訪問速度，但存儲密度極低;選用DRAM(動態(tài)RAM)能實現(xiàn)高密度存儲，但訪問速度太慢。目前通常采用的是SRAM和DRAM混合的方法。通過采用更多的并行結(jié)構(gòu)，這一問題可以解決。通過并行結(jié)構(gòu)構(gòu)成的路由器具有更大的交換能力和更快的速度，同時降低了對單個子路由器存儲力的要求。但是這種方案功耗較大，需要更大的空間，而且不易于控制，其QoS很難保證;同時互連中的許多子路由器將是高度冗余的，浪費較大。
另一個限制路由器處理能力的因素是路由快速查找問題。路由的快速查找方案，是報文線速度轉(zhuǎn)發(fā)的前提和骨干路由器最關(guān)鍵的技術(shù)之一。傳統(tǒng)的軟件查表方法，很難直接應(yīng)用到高速的骨干路由器上，很難實現(xiàn)線速度查表。傳統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方案如內(nèi)容關(guān)聯(lián)存儲器(Content Addressable Memories，CAM)方案，可以在幾十納秒內(nèi)輸出查找結(jié)果，路由更新速度也很快。但是，成熟商用的CAM在容量上還只能保存1K、4K或8K的表項，容量太小。用CAM存放512K的表項，要級連上百個小CAM，價格非常昂貴，而且管腿數(shù)非常多，所以不適合存放骨干路由器的大表�？梢酝ㄟ^兩步交換的方式，從外部接入包首先在內(nèi)部進行復(fù)再均衡，然后再進行交換，這樣可以限制路由表的規(guī)模。同時，采用并行的路由器結(jié)構(gòu)，也可以增強路由的快速查找能力。
