分布佇列雙重匯流排

分布佇列雙重匯流排（distributed queue dual bus;DQDB）是美國電氣電子工程師學會(IEEE)802.6關於城域網的一項標準。它採用兩條平行的 ，分別用於上、下行傳輸的匯流排將需要聯網的站(計算機)連線在一起。

中文名稱	分布佇列雙重匯流排
英文名稱	distributed queue dual bus;DQDB
定　　義	美國電氣電子工程師學會(IEEE)802.6關於城域網的一項標準。它採用兩條平行的，分別用於上、下行傳輸的匯流排將需要聯網的站(計算機)連線在一起。
套用學科	通信科技（一級學科），通信網路（二級學科）

基本介紹

• 中文名：分布佇列雙重匯流排
• 外文名：distributed queue dual bus;DQDB

簡介

城域網技術主要納取了IEEE802.6的DQDB標準，是基於光纖傳輸技術的分散式佇列雙匯流排網，使用分散式佇列協定，提供了與網路規模和速度無關的訪問特徵。MAN是為滿足網路套用範圍的拓展、用戶數的激增與高速數據業務的需要，LAN尚不能適應而發展起來的，可將幾個LAN互聯，支持高速傳輸和綜合業務。DQDB標準為了與B-ISDN標準相融合作了適度修改，利用信元交換實現套用，它允許信元單獨定址，並在寬頻傳輸載體上傳送，向用戶提供標準接入接口。DQDB屬於時隙匯流排網[3](每時隙為53Byte)，採用預約時隙方式使兩條匯流排的上游結點知曉下游結點已有多少分組在等待傳送傳遞;目的結點的接收方在獲取時隙內信息段的同時將該滿時隙發向下游並自身清空。

城域網的發展類似於局部網，已有幾種協定和體系結構可供選擇，例如，分布排隊雙匯流排(DQDB)、光纖分布數據接口(FDDI)、異步轉移模式環(ATM)等。城域網技術正處於迅速開發階段，它對於BISDN和室內用戶網路(如LANs)之間有高度的兼容性。IEEE802委員會已於1987年7月採納了分布排隊雙匯流排協定作為城域網標準的建議，並作了大量研究改進。城域網滿足用戶服務的程度比專用線路方案在功能性、可靠性和速度上都大大提高，所以用戶有很多理由選擇城域網作為局部網互連的需要：

• 與專用線路比，使用成本較低；
• 時延小；
• 網路吞吐量大；
• 有網路重新配置和擴展能力；
• 互通性好；
• 有效的網路監控；
• 採用冗餘技術增強可靠性。

拓撲結構

IEEE802.6城域網標準—分布排隊雙匯流排網的拓撲結構由兩條數據流向相反的單向匯流排、匯流排頭幀產生器和中間若千個網路節點組成，如圖所示。

每條匯流排頭連續地傳送固定長度的空閒時槽，沿著匯流排傳輸方向一直傳送到匯流排末端，並在那裡清除所有進來的時槽。網路的各節點分別用“或寫”端和“讀”端粘接在兩條匯流排所需位置上。

如果把雙匯流排系統的匯流排頭端和末端配置在一起形成一個頭一尾節點，但數據流不流過該節點，即在邏輯上開路，就構成了環形的匯流排體系結構，如圖2所示。

這樣的體系結構有兩個優點:第一，頭一尾節點兩匯流排頭的幀產生器可共用一個，既簡化了設備又保證兩匯流排同步運行；第二，可在環路發生故障鏈路斷裂或某一光端機有故障)時重新配置，如圖3所示。這樣能有效地恢復網路的運行，且不降低網路的性能，確保網路的可靠性。

功能體系

DQDB網節點功能體系由物理層和介質訪問層組成，如圖4所示。物理層功能由執行相同協定的兩個傳輸部件和物理層的管理實體組成。傳輸部件與MAC層的服務相同。MAC層向上一層的服務有等時性的(例如話音、圖象等)、非連續性(connectionless)的異步數據和面向連線的分組交換數據。

MAC層由訪問控制單元(ACC)、異步傳送控制(ATC)、等時傳送控制(ITC)和M八C層管理實體(LME)組成。

訪問控制單元是實現DQDB協定的MAC層實體。通過在兩條匯流排上傳送的MAC周期幀的操作，把物理層表達到MAC層的全雙工傳輸連線轉換成運行於DQDB協定所要求的雙根單向匯流排連線。在訪問排隊裁決(QA)時槽和預裁決(PA)時槽時，ACC要進行讀寫操作，訪問QA時槽時，ACC按異步方式為人TC服務，訪問PA時槽時，ACC按等時服務方式為ITC服務。同時，ACC還須實現MAC周期幀的生成和DQDB網路配置控制，以及為修復故障的網路重新配置任務。

ATC具有報文分段功能。把來自邏輯鏈路子層(LLC)和MAC層管理實體的服務數據分成固定長度的數據分組。反之，將來自ACC的固定長度數據分組重新裝配成原來的服務數據。它由異步多路復用器(ASM)、分拆及組裝(SAR)單元和異步信道用戶(ACU)接口等組成。

等時傳送控制(ITC)是MAC層的一部分，擔負對等時服務的傳送控制。由於ACC的服務不是等時的，ITC對等時服務的傳送必須有快取器，以便為等時信道用戶(ICU)的信道處理服務。

MAC層管理實體(LME)是管理本節點介質訪問協定的MAC實體，對介質訪問層提供分散式管理。

幀格式

DQDB網的介質訪問協定是建立在分組排隊和同步電路交換(QPSX)基礎上的，並力圖在單一的高速寬頻網上綜合數據、話音和圖象通信業務。它要求與網路規模和速率的相關性小，同時與BISDN的發展方向保持一致。因此，在幀格式的設計時既考慮到可靈活地綜合多種服務，也應考慮與BISDN的相互兼容。

DQDB網是時分多路訪問系統，多種服務的綜合在MAC層進行。MAC層幀格式簡單地分成相等的時間間隔，稱為時槽。每個時槽含有5個位元組(八位組)的信元頭和48個位元組淨載荷的信息段，組成這樣的信息單位我們稱它為信元(cell)。在信元頭最前面一個位元組為時槽訪問控制段(ACF)，在MAC層幀前面配上適當的幀頭開銷(例如前導碼PA、幀定界符SD等)，構成DQDB網的幀格式，如圖5所示。幀周期為125us。因此，一幀中的時槽數取決於匯流排上傳送的比特率和物理層的幀開銷。可見，幀格式是基於等時時槽的位置復用，以滿足電路交換和分組交換，綜合成混合交換系統。

對於一個給定DQDB網的幀，傳送頻寬就是各個時槽內的信息段。幀中的每一個時槽，可以配置成等時通信量的服務，例如話音和圖象，此時這時槽稱為預裁決時槽(PA)，或等時時槽;也可以配製成非等時通信量的服務，例如異步數據、各種信令信息等，這時也稱此時槽為排隊裁決時槽(QA)，或異步時槽。在一幀中，等時時槽和異步時槽之邊界可以移動，即動態配置策略。

等時時槽訪問控制段中的“忙”(BUSY)位和“服務類型”(ISOC)位由匯流排頭站預先設定。異步時槽的使用按預約排隊算法，在下節中敘述。

分布排隊雙匯流排協定

現在，著重討論排隊裁決時槽的預約訪問機理。從圖5中可知，每個時槽的訪問控制段中都含有一個“忙”位和四個預約“請求”位(REQ)。忙位指示該時槽是否已有數據分組寫入，請求位用於通知上游節點有數據等待傳送。四個請求位分別代表四種優先權，用標號{0、1、2、3}表示，標號較大的優先權較高。它的服務原則是優先權高的數據分組先服務。為此，每個節點分別為每條匯流排配置四個獨立的快取器，即本地排隊快取器。為了實現分布排隊原理，各節點在每條匯流排上按每一個優先權配置兩個計數器，一個為請求計數器(REQ一cTR)，另一個為遞減計數器(CD一CTR)。分布排隊的概念不同於本地排隊，它純屬於邏輯排隊，即不表明任何實在的排隊。在每一條匯流排上都有一個分布排隊，包含著所有節點在各自匯流排上將要傳送的每一個非空閒本地快取器中第一個分組請求的排隊。第一個分組請求叫做本地排隊的代表。分布排隊的服務機理是:對每一個優先權的先來先服務(FCFS)，報文是不搶先優先權進行排隊的。任何本地排隊的第一個數據分組一旦開始服務，該節點就允許把下一個數據分組在同一個本地排隊中插入到分布排隊中去。

雙匯流排拓撲是對稱的，節點在兩匯流排上傳送數據分組的操作是相同的。為了簡化協定的敘述，又不失一般性，我們稱匯流排A為正向匯流排，匯流排B為反向匯流排，同時把注意力集中在傳送某一優先權的數據分組，而請求信息總是在反向匯流排上傳送。現在先定義DQDB節點的兩種邏輯狀態:空閒狀態(IDLE)和遞減計數狀態(Countdown)，如圖6所示，然後說明狀態的轉移。下面先考慮第i個節點和第j個優先權時的狀態。

• 空閒狀態：節點處於沒有報文傳送或剛從遞減計數狀態轉移時的狀態。在這種狀態下，請求計數器(REQ-CTR)保持對第(i+1)、(i+2)、……N各節點從反向匯流排上傳來的預約請求進行計數，即每來一個請求REQ-CTQ的值加1。但當該節點在正向匯流排上每釋放一個空閒時槽，REQ一CTR將減1計數。
• 遞減計數狀態：節點有報文要在正向匯流排上傳送時狀態。設上一個數據分組在t0時刻已被傳送，請求計數器保持對t。以後在反向匯流排上到達的每個請求進行加1計數;當該節點在正向匯流排上釋放每一個空閒時槽，遞減計數器(CD一CTR)進行減1計數。
• 狀態轉移：當節點有報文分組申請傳送，節點立即從空閒狀態轉移到遞減計數狀態(節點激活)。此時，該節點首先將請求計數器的記數值轉儲到遞減計數器中，然後立即把它清零。在傳送一個數據分組後，節點總是從遞減計數狀態轉移到空閒狀態。如果仍然有數據分組等待傳送，這時節點立即又從空閒狀態轉移到遞減計數狀態。

每當完成從空閒狀態轉到遞減計數狀態，即節點把數據分組插入本地排隊快取器中排隊時，該節點激活，立即把一個預約請求放入本地請求排隊，請求排隊計數器(REQ-Q-CTR)加1；當該請求成功寫入反向匯流排的預約請求位時，請求排隊計數器減1。在這一過程中，也把這一請求放入節點的請求計數器。

可見，基本的分布排隊算法很簡單。當節點沒有報文傳送時處於空閒狀態，相反處於遞減計數狀態。處於空閒狀態時，預約請求計數器保持記數：每收到一個請求加1，每釋放一個空閒時槽減1。當節點激活時，立即將REQ一CTR值轉儲到CD一CTR中，並將REQ一CTR清零，同時向反向匯流排上具有REQ位為零的第一個時槽的REQ位置1，發出一個請求。此時節點處於遞減計數狀態。當CD一CTR的計數值減到零時，緊接著該節點就把本地快取器中第一個數據分組寫入正向匯流排上通過的第一個空閒時槽，完成了異步數據一個數據的傳送，節點又處於空閒狀態。若尚有數據要繼續傳送，立即將另一個數據分組放入本地排隊快取器中排隊，節點又重新激活，然後重複上述的傳送操作過程，直到報文發完為止。這種策略類似令牌環的套用，試圖保證具有長報文的節點能長時間占有預約匯流排頻寬的可能。

當然，文中敘述的協定是理想情況下的基本操作。研究證明，DQDB基本訪問協定的節點吞吐量—延時性能與節點在匯流排上的位置密切相關，即有不公平性問題。為改進基本協定的性能，主要從兩個方面著手：第一，用時槽重用技術提高網路的利用率；第二，提出頻寬平衡機構(BBM)等方案改善協定的公平性。但由於篇幅所限，本文不涉及有關網路性能方面的分析。

DQDB網的一般特性

DQDB城域網同各種標準的高速傳輸系統一樣，有很多優良的特性滿足高速數據服務的需要。其主要的特性有：

介質共享

在一般商業區內，各種數據處理設備通常用局部網互連，不存在使用集中處理器時出現的瓶頸現象，實行外圍設備、數據和軟體的共享，從而大大降低使用成本，滿足多個用戶的需要。DQDB網試圖擴展介質共享能力，尤其是在地域很大時可以共享網路資源，數據、軟體和報文可長距離高速傳送，使數據的處理更趨於實時性。

網路故障

容忍性數據通信通常運行於很大地域內，在銀行和軍事部門中套用要求更是苛刻。因此，網路必須允許有高度的故障容忍性。DQDB網按環形配置時有承受一定程度故障的能力，例如傳輸鏈路的斷裂或某一光端機故障，如圖3所示。網路運用重新配置算法，把匯流排端頭的功能移到受力破壞處近鄰的兩個節點，原匯流排頭尾端自動連上，消除了時槽的鏈路故障，實現網路重新配置，保持通信鏈路的連線性。同時故障消除時間比任何同步系統(包括FDDI)的故障消除時間都短。

擁塞控制

某些區域網路的協定，網路潛在吞吐量實際上隨網路的擁塞增加而下降。但是，DQDB網使用分布排隊協定解決了擁塞現象，協定保證了在過載時傳輸資源有高的利用率。若採用時槽重用技術可使網路利用率大於1。運用頻寬平衡機構，網路公平性好。優先權機理保護了用戶的不同服務質量。同時，MAC層協定的頻寬分配靈活，電路交換和分組交換信道邊界可按需動態移動，類似異步轉移模式(ATM)技術的統計復用，很適合於多種服務的綜合。分布排隊算法既簡單又能使每個節點跟蹤全網的排隊狀態，分布控制能力強，綜合服務管理方便，在網路繁忙時不易使網路性能下降。

非接續性服務(connectionless service)

DQDB網路在MAC層可提供類似於IEEE802標準的局部網(CSMA/CD、令牌匯流排和令牌環)那樣的非接續性服務。這種服務方式處理開銷小，管理較簡單。數據報的橋接轉送是按數據報頭的地址信息進行搭接的。

報文處理

DQDB網另一個特性是運用了ATM技術概念，把長的可變一長度的報文分拆成短的固定長度的信息、單位，即信元，如圖7所示。這些信元按分布排隊算法寫入匯流排的時槽內傳送。接收站把接收到的離散的信元重新組裝成報文。這正是ATM技術的優點，有利於多種服務的綜合，提高網路的利用率。

DQOB城域網的套用

城域網的跨接距離計畫為整個城市，DQDB網可運行更大的地域。由於IEEE802·6設計目標是使網路時延最小，所以它非常適合於各種局部網的互連。同時網路規模和速率無關，可靠性、網路管理、頻寬控制方便等特點正是用作公共網所要求的。

DQDB城域網用作公共網的另一個優點是幀格式上與BISDN相兼容，因此，它是未來公共網技術開發的重要組成部分。作者C.Smylte指出，在未來十年目標是發展面向全球的BISDN持井比特速率的通信系統的綜合必須有三項技術：窄帶的綜合服務數字網(NISDN)、城域網和同步數字型系(SDH)。以為基礎的城域網將成為ATM網的用戶網路接口網，同步數字型系將體現為全電路的交換。因此，當基本的窄帶綜合服務數字網和綜合服務局部網(ISLD)誕生之時，便實現了第一種方案的BISDN。所以說，最終以ATM技術實現的BISDN方案必然要以NISDN、MAN和SDH等技術作為基礎。

圖8示出了各種不同的網路和系統運用適當的互通單元(IWU)經DQDB公共城域網進行互連的能力。這些互通單元負責在各種環境下互相識別和進行信息交換。遺憾的是，它不能用給定的最優協定更為有效靈活地解決這個互連問題，要根據各自的工AN運行環境的特殊性設計互通單元。例如，它既可以通過網路的第二層(數據鏈路層)進行透明的橋接轉送，也可以在網路的第三層(網路層)以通用的路由法轉送。因為這兩種方法都有存儲轉發的優點。簡單地說，橋接轉送趨向於更適宜少量的LANs的緊湊連線和專用連線；路由轉送趨向於更適合LANs的公共互連。

DQDB網自1986年澳大利亞提出後，在先進的各工業國家電信界引起極大的重視。運用DQDB協定建網的除原澳大利亞西部大學為電信部提供的FASTPAC網(單向匯流排速率16.4Mb/s，可提供2Mb/s會議電視，多路話音和高速數據)外，美國貝爾通信研究所(Bellcore)首先開發了交換多兆比特數據業務(BMSD)網，於1991年投入運行考驗，其物理層接口速率為DSI和DS3，還計畫開發光同步網路(SONET)各等級的接口速率，美國國防先進技術研究計畫局(DA.RFA)支持研究的橫跨美國東西大陸的陸地寬頻網，德國西門子公司和聯邦德國郵電部電信局(DBP Telekom)於1990年8月簽署了DQDB城域網交貨安裝契約，1991年秋起在慕爾黑開始為期一年的現場試驗，包括用戶系統的現場聯網，一旦試驗成功，系統將投入商業運行，滿足正常業務的需要。並在1993年前，將慕爾黑和斯圖加特的ATM通信鏈路互連。在高速通信網現場試驗系統的所有技術在澳大利亞和美國證實了其可靠性和適用性後，歐洲的全部電信管理部門和通信運營公司(Carriers)及各大公司f(irm)激起了濃厚興趣。當丹麥和義大利現場試驗開始實施時，法國和瑞士研究室也開始試驗。同時，在西班牙、荷蘭、英國、奧地利和北歐國家也在討論研製DQDB網路。可見，IEEE802.6建議的城域網標準必將成為當今世界城域網發展的主流，因為目前其它產品的網路都不能有效地滿足未來以ATM技術為基礎的BISDN高速交換網發展需要。