直接交換變長分組的交換結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、變長交換技術(shù)是指IP數(shù)據(jù)包不經(jīng)過切割而直接通過交換結(jié)構(gòu)進(jìn)行交換。與定長交換相比，變長交換的實(shí)現(xiàn)相對要復(fù)雜，由于交換的信息單元顆粒大，控制時(shí)延變得復(fù)雜。但是與定長交換相比，變長交換不會造成不必要的帶寬浪費(fèi)。對于定長交換，切割I(lǐng)P包的時(shí)候，包的長度不一定剛好是定長信元長度的整數(shù)倍，因此切割后可能會產(chǎn)生小于信元長度的單元，這樣會造成帶寬的損失。另外，變長交換不需要在數(shù)據(jù)交換前和交換后進(jìn)行分割和組合操作，因此在入端口處不需要一個(gè)額外的切割模塊，

2、而在出端口處則不需要一個(gè)額外的組合定長信元的模塊，節(jié)省了存儲器資源以及信元重排序的規(guī)模。 本文首先研究了不帶緩存的Crossbar中的變長調(diào)度算法，這些調(diào)度算法都是在定長調(diào)度算法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。基本的思想都是保持一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包傳送完畢，再改變該通道交叉開關(guān)的狀態(tài)。數(shù)據(jù)包邏輯上被切割成若干信元，但是在物理上仍然是連續(xù)的。交叉開關(guān)的狀態(tài)一直保持到最后的邏輯信元傳送完畢，再根據(jù)仲裁算法進(jìn)行變化。進(jìn)行傳輸這種機(jī)制通常成為CellTr

3、ain機(jī)制。通過這種機(jī)制達(dá)到交換變長數(shù)據(jù)包的目的。這些變長調(diào)度算法包括IP-PIM，PB-iSLIP，SOL，PB-wMWM算法等。 在Crossbar的交叉節(jié)點(diǎn)設(shè)置緩存，這樣構(gòu)成了BufferedCrossbar，即CICQ結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)比較適合交換變長的數(shù)據(jù)包，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)中各個(gè)輸入端口可以在不同的時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)包，交叉節(jié)點(diǎn)緩存發(fā)往不同的輸出端口的數(shù)據(jù)包也可以不同步，這樣就形成異步BufferedCrossbar。本文將DRR

4、調(diào)度算法應(yīng)用到BufferedCrossbar中，完成了輸入端口和交叉節(jié)點(diǎn)緩存變長數(shù)據(jù)包的調(diào)度。這種調(diào)度方案避免交換鏈路長時(shí)間被長數(shù)據(jù)包的端口所占據(jù)，減少了系統(tǒng)的平均時(shí)延。本文還對這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，與RR調(diào)度的BufferedCrossbar進(jìn)行了性能的比較。 在端口數(shù)不是很多的交換結(jié)構(gòu)中，Crossbar由于其結(jié)構(gòu)簡單，無阻塞特性，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著端口數(shù)N的增加，Crossbar的資源消耗與N2成正比，并且調(diào)度算法

5、也很難實(shí)現(xiàn)。因此對于端口數(shù)很多(端口數(shù)大于64)的交換，多采用多級交換結(jié)構(gòu)來構(gòu)成超大容量交換結(jié)構(gòu)。典型的多級交換結(jié)構(gòu)如Banyan，Shuffle，Benes，Clos以及由這些結(jié)構(gòu)擴(kuò)展出來的各種交換結(jié)構(gòu)。本文對多級交換結(jié)構(gòu)直接交換變長分組的技術(shù)進(jìn)行了綜述。對于Banyan網(wǎng)絡(luò)，在內(nèi)部交換單元設(shè)立緩存，相鄰的兩級之間引入反壓機(jī)制，變長數(shù)據(jù)包在Banyan網(wǎng)內(nèi)異步操作，通過這種方法完成變長交換。Tandem-Banyan結(jié)構(gòu)和Shuffl

6、e結(jié)構(gòu)的內(nèi)部無緩存，處理變長包沖突的方法是使用偏折路由，對變長數(shù)據(jù)包采用cut-through的交換方式。Batcher-Banyan網(wǎng)內(nèi)部也不設(shè)緩存，處理變長數(shù)據(jù)包沖突的方法是利用Batcher網(wǎng)對數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序，這樣進(jìn)入Banyan網(wǎng)的數(shù)據(jù)包目的地址有一定排列規(guī)律，從而可以避免數(shù)據(jù)包的沖突。Batcher-Banyan網(wǎng)通過先送出試探分組，試探對同一輸出端口的競爭情況來進(jìn)行變長交換。 Benes網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用比較廣泛的一種多級互

7、連結(jié)構(gòu)，由一個(gè)反向Banyan網(wǎng)和Banyan網(wǎng)連接而成。因此，Benes結(jié)構(gòu)包括分發(fā)網(wǎng)(Banyan網(wǎng))和路由網(wǎng)(反向Banyan網(wǎng))兩部分，分發(fā)網(wǎng)主要是將進(jìn)入交換結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包均勻分發(fā)到各條鏈路上，以便進(jìn)入路由網(wǎng)的數(shù)據(jù)包負(fù)載均衡，路由網(wǎng)負(fù)責(zé)將分組送到目的輸出端口。本文究了Benes結(jié)構(gòu)中的變長交換，并提出了一種基于業(yè)務(wù)流的變長分組分發(fā)算法，這種算法用在分發(fā)網(wǎng)中。本文還對交換變長分組Benes網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真，比較了隨機(jī)分發(fā)算法和基于業(yè)務(wù)