數(shù)據(jù)產(chǎn)品中各類交換結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)
2004年6月B版
摘 要：本文論述了在高低端路由器、交換機(jī)等數(shù)據(jù)產(chǎn)品中各類交換結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn),分析了相應(yīng)的特點(diǎn)與其應(yīng)用場(chǎng)合,為數(shù)據(jù)產(chǎn)品中交換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了借鑒。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)產(chǎn)品;交換結(jié)構(gòu)
交換結(jié)構(gòu)是路由器、交換機(jī)等數(shù)據(jù)產(chǎn)品中的核心部件,直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的主要性能。多年來(lái),各相關(guān)廠商、科研院所提出了許多交換方案,以解決數(shù)據(jù)交換過(guò)程中的碰撞沖突與阻塞等問(wèn)題。從實(shí)現(xiàn)機(jī)制上分,大體上可分為兩類：時(shí)分交換結(jié)構(gòu)、空分交換結(jié)構(gòu)。
時(shí)分交換結(jié)構(gòu)
在時(shí)分交換結(jié)構(gòu)中,交換單元不能同時(shí)交換一個(gè)以上的輸入端口數(shù)據(jù)。從交換結(jié)構(gòu)的角度看,每個(gè)輸入端口數(shù)據(jù)的處理是串行的。
共享總線交換結(jié)構(gòu)
共享總線交換結(jié)構(gòu)采用時(shí)分背板總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,總線容量為單個(gè)端口容量的N倍以提供足夠帶寬。每個(gè)輸入端口以一定的優(yōu)先級(jí),如仲裁或菊花鏈結(jié)構(gòu),向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。交換結(jié)構(gòu)如圖1所示。
共享總線交換結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,并且各結(jié)點(diǎn)之間具有相對(duì)的獨(dú)立性,但其可擴(kuò)展性受背板總線速率所限,而當(dāng)背板總線可靠性不佳或一個(gè)端口進(jìn)入超長(zhǎng)傳輸時(shí),可能導(dǎo)致整個(gè)交換體系的崩潰。
分層總線交換結(jié)構(gòu)在一定程度上改善了共享總線交換結(jié)構(gòu)的性能。在分層總線下,局部交換通過(guò)局部總線,只有全局交換需要經(jīng)過(guò)多條總線,如圖2所示。
共享內(nèi)存交換結(jié)構(gòu)
共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于中小型甚至某些特定的大型交換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)當(dāng)中,如圖3所示。復(fù)用器(MUX)對(duì)各輸入端口數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度,解復(fù)用器(DEMUX)對(duì)共享內(nèi)存中各隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度,共享內(nèi)存存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),控制器協(xié)調(diào)讀寫(xiě)操作并提供各隊(duì)列狀態(tài)信息。
共享內(nèi)存交換結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效,交換可根據(jù)不同的設(shè)置被相應(yīng)的優(yōu)化。但其交換性能取決于共享內(nèi)存的存取速率,共享內(nèi)存的讀寫(xiě)帶寬與調(diào)度算法需要有2N倍端口速率,可擴(kuò)展性較差,并且共享內(nèi)存的可靠性也直接影響了整個(gè)交換體系。
空分交換結(jié)構(gòu)
與時(shí)分交換結(jié)構(gòu)相比,空分交換結(jié)構(gòu)適用范圍更廣,可分為單級(jí)交換結(jié)構(gòu)、多級(jí)交換結(jié)構(gòu)、群集交換結(jié)構(gòu)。
單級(jí)交換結(jié)構(gòu)
Crossbar是一種典型的單級(jí)交換結(jié)構(gòu),其實(shí)現(xiàn)方式有：集中方式(輸入比輸出多)、擴(kuò)展方式(輸入比輸出少)、連接方式(輸入和輸出一樣多),一般采用連接方式,由N×N交叉矩陣構(gòu)成,如圖4所示。
