现代交换第七章3.doc

7.4.3基于Crossbar的交换结构 一、开关矩阵型 下图给出了开关矩阵两种实现方式，图（a）中的交叉接点是一个2×2的开关，开关有2个状态：bar和cross。这些开关的状态是根据每个信元的路由标签（即输出端口号）设置的，其保持时间是一个信元时隙。图（b）所示的是开关矩阵型的另一种实现方式，每个交叉点是一个1×1开关加上可能的缓存器及控制逻辑。开关矩阵型结构可用作多级交换网络中的交换单元。 二、全互连型 全互连就是在每个输入与每个输出之间都有一条分离的路径，对于N×N的交换结构，就有N2个路径，因此又称为N2分离路径型。下图给出了两种全互连型结构。需要指出的是，有时并不严格区分开关矩阵型和分离路径型，而通称为Crossbar型，其共同特征都是复杂度随N2增长的单路径内部无阻塞结构。 7.4.4ATM多级交换网络 一、Banyan网络 Banyan网可以分为一些子类，L级Banyan是其中的一类，其特征是只有相邻级之间才有链路相连，这意味着任何输入到任何输出之间的路径都经过L级。 L级Banyan网又可分为规则Banyan和不规则Banyan，前者表示构成Banyan网络的各个交换单元（SE）都是等同的，后者则不然。 如果Banyan网中各个SE不但是等同的，而且每个SE的入线数等于出现数，则称此规则Banyan为矩形Banyan网。 在实际中，有时就将有2×2 SE构成的单路径网络称为Banyan网。 8×8的3级Banyan网举例 下图给出了N=8的由2×2 SE构成的3级Banyan网。从图可以看出，与基于开关矩阵型结构或全互连结构的Crossbar不同，Banyan网是基于树型拓扑结构的。但每个SE却是基于Crossbar的结构，2×2 的SE也是具有bar和cross两种状态，每个输入通过3级SE可以到达任何输出。如果每个SE内部具有缓冲器，称为缓冲型Banyan网，否则就称为无缓冲型Banyan网。 Banyan网的特性 树型结构特性：从Banyan网的任一输入端口（或输出端口）引出的一组路径形成了2分支树。级数越多，分支越多，级数k=log2N。 单路径特征：Banyan的任一输入端到任一输出端之间，具有1条且仅有1条路径。 自选路由特征：Banyan网可以使用对应于路由标签的输出端口号的的2进制码来自动选路，使信元到达所需的输出端。 内部竞争性：Banyan是具有内部竞争的有阻塞网络。 可扩展性：Banyan网的结构有一定规律，可以采用规则的扩展方法将较小容量和规模的Banyan网扩展成较大规模。这种有规则的连接有利于VLSI的实现。 自选路由和内部竞争示例 自选路由 每级SE依次按照路由标签中的某一位来自动选路。下图给出了输入端3到达的信元要送到输出端5（101），于是第一级至第三级SE依次按1、0、1来选路。 内部竞争 图中给出了在同一时隙，输入端6至输出端4要传送信元时，会在级间链路上产生冲突。 二、Clos网络 N×NClos网络的基本结构如下图所示，这种3级Clos网络可记为（N,n,m）。显然，在Clos网络任何一对输入端与输出端之间有m条可供选择的路径，每一条路径通过不同的中间级交换单元，因而Clos网属于多路径网络。用于ATM交换的Clos网，每个SE的开关状态是根据ATM信元的路由标签而改变的。 7.4.5ATM交换网络的信元缓存策略 ATM交换网络的结构与信元缓存器的设置是不可分割的。设置缓存器的目的是解决输出冲突问题。这里将专门讨论ATM交换网络的缓存器设置问题。 输入缓存 输入缓存（输入排队）是在交换网络的每个输入端设置信元缓存器，如图所示。输入缓存一般采用简单的先进先出（FIFO）的排队规则。 排头（HOL）阻塞现象 输入缓存方式中，队首信元将竞争输出端口。若两个或两个以上的队首信元的输出端口号相同，就发生了竞争。竞争的结果，在一个时隙只能有一个队首队首信元输出到目的端口，其余队首信元暂时停留在输入缓存器的队首位置，等待下一轮（下一时隙）的竞争和输出。 输入缓存方式存在排头（HOL）阻塞现象。所谓HOL阻塞，是指自发生出线竞争时，由于竞争失败的信元排在队列的头部，而使排在后面的去往空闲出线的信元也不能被传送这样一种现象。HOL阻塞效应会使交换网络的吞吐率降低。为了提高输入缓存方式的吞吐率，可以在输入缓存的队列设置和排队规则加以改进，当然这会增加硬件和控制的复杂性。 输出缓存 输出缓冲是在每条出线上设置缓冲器，其典型例子是共享总线交换结构。当入线数为N时，要做到无冲突，就要提高缓存器的输入速率，所以共享总线的速率确定