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交换架构发展及其应用研究.pdf
技术方案
TechnologyScheme 数据通信 2015.6
交换架构发展及其应用研究
余久方(华为技术有限公司南京研究所 南京210012)
摘 要:交换网作为以太交换机、路由器等网络设备的 “中枢神经”,负责网络设备的流量转发策略,交
换架构的选择直接决定了网络设备的容量、性能、可扩展性等关键指标。本文通过分析业界主流的交换架构
的发展并对比其中的关键路由算法、性能指标,并研究其在实际工程中的应用意义。
关键词:交换架构;动态路由;CLOS;crossbar
1 引言
交换架构是交换机、路由器等网络设备的核心,
交换架构决定了网络设备的容量、性能、可扩展性 、
QOs能力等关键要素。在过去的若干年中,先后出现
了共享总线交换,共享内存交换,基于crossbar的交换
架构以及CLOS架构,现在主流的主要是基于crossbar
的交换架构和CLOS交换架构。
根据信元或者数据包在交换网中经历的交换次
数,交换架构可以分为单级交换架构和多级交换架
仲裁器
构。根据交换网和上行处理器交互的交换单元数 图1 crossbar架构
目,可以分为集 中式交换架构和分布式交换架构。 2.1 无缓存的crossbar交换
这两个纬度可以认为分别是交换架构的横向扩展和 在无缓存的基于crossbar的交换架构中,交叉点
纵向扩展。 是没有缓存的,报文的缓存可以分布在入方向,出方
向,入、出方向相结合,根据缓存的位置差别,交换架
2 基于crossbar的交换架构 构可以分为人队列(IQ)交换,出队列(OQ)交换,人出
基于crossbar的交换架构中,每对输入和输 出通 队列(CIOQ)结合交换。
过交叉距阵中的交叉点进行连接,这种架构需要有 入队列(1Q)交换架构
一 个集中的仲裁器对交叉点的打开或者关闭进行控 这种架构下所有进来的信元都被存放在入
制,来实现报文的输入到输出的传输。在一个信元周 方向队列中,在每个信元周期内,每个人 口只能
期内,该架构可以并行传送N个信元,具有较高的吞 发送一个信元 ,每个出口也只能接收最多一个信
吐量;同时仲裁器的速度决定了该架构的交换性能, 元 。这 种 架 构 存 在 的最 大 问题 是 线 头 阻塞
随着输入输出结点N的增加,仲裁器的性能要求也越 (Head一0f_-lineBlocking),即当两个队列中都竞争
来越高。 一 个相同的出口时 ,竞争失败的队列头信元无法
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技术方案
2015.6 数据通信 TechnoloavScheme
发送 ,但是后面的到其它出口的信元也无法发送 问题 。
了。IQ架构随着入 、出端 口的增加最大只能达到 在VOQ/BCS中,一个调度周期分为三个阶段:
58.6%的吞吐量 [3]。 1.人方向调度,从入 口的VOQ中选出一个信元
VOQ(VirtualOutputQueue)的引入解决了IQ架 2.出方向调度 ,从crossbar的内部缓存中选出一
构的HOL问题。VOQ在每个人端 口为每个出端 口维 个信元发送到出口
护一个队列,假设有N个入 口和N个出口,那么在人 口 3.传送通知,每个信元发出后,通知入方向V0Q
维护的队列数从IQ的N增加到V
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