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，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)交換過程中的碰撞沖突與阻塞等問題。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，局部交換通過局部總線，只有全局交換需要經(jīng)過多條總線，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