路由器新技术概述
作者 佚名技术
来源 网络技术
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发布时间 2012-07-01
| 有多条数据传输通路，则能解决这种问题，同时大大提高系统的吞吐率。基于这种想法，同时借鉴ATM交换机结构的优点，提出了如图3所示的基于交换机结构的新一代路由器体系结构。 三、交换式路由技术 虽然计算机工业在近几年引入了越来越高速的共享式总线，从ISA到EISA直至现在的PCI。但是这仍然跟不上网络发展的步子。首先,共享总线不可避免内部冲突；第二，共享总线的负载效应使得高速总线的设计难度太大。 1．单级交换结构 交换结构的引入逐步克服了共享总线的以上缺点。从技术上,目前使用较多的交换结构有共享内存和Crossbar两种。而Crossbar的结构由于其简单性得到了更多的青睐和更广泛的采用。 共享内存结构是通过共享输入输出端口的缓冲器，从而减少了对总存储空间的需求。分组的交换是通过指针调用来实现的，这提高了交换容量。但它的速度受限于内存的访问速度。 Crossbar结构可以同时提供多个数据通路。一个Crossbar结构由N×N交叉矩阵构成。当交叉点（X，Y）闭合时，数据就从X输入端输出到Y输出端。交叉点的打开与闭合是由调度器来控制的。因此，Crossbar结构的速度要取决于调度器的速度。调度器是Crossbar交换结构的核心，它在每个调度时隙内收集各输入端口有关数据包队列的信息，经过一定的调度算法得到输入端口和输出端口之间的一个匹配，提供输入端口到输出端口的通路。 Crossbar结构可以支持高带宽的原因主要有两个:第一,线路卡到交换结构的物理连接现在简化为点到点连接,这使得该连接可以运行在非常高的速率。半导体厂商目前已经可以用传统CMOS技术制造出1Gbit/s速度的点对点串行收发芯片,并且可以在今后几年里把速度进一步提高到4～10Gbit/s的水平。第二个原因是它的结构可以支持多个连接同时以最大速度传输数据,这一点极大的提高了整个系统的吞吐量。只要同时闭合多个交叉节点，多个不同的端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们称所有的Crossbar在内部是无阻塞的,因为它可以支持所有端口同时以最大速率传输(或称为交换)数据。 数据包通过Crossbar的时候,可以是以定长单元的形式(通过数据包的定长分割),也可以不进行分割直接进行变长交换。一般高性能的Crossbar交换结构都采用了定长交换的方式,在数据包进入Crossbar以前把它分割为固定长度的cells,等这些cells通过交换结构以后再按照原样把它组织成原来的变长包(packet)。 交叉开关和共享内存都能够达到比较高的吞吐率。共享内存的特点是实现简单，能达到比较高的吞吐率,但是其可扩展性比较差,当线路接口卡数量较多时,性能将受到一定的影响。而交叉开关能够达到比较高的速率,扩展性好,但是需要设计完善的调度算法并用高速硬件实现调度器。随着人们对交叉开关调度算法研究的深入,已经设计并实现了许多性能良好、实现简单的调度算法。因此,目前高性能路由器都趋向于使用交叉开关作为交换结构。 但是交叉开关和共享内存结构仍属于单级交换结构范畴。当考虑大型系统时，单级交换结构有两个基本问题。第一、对于小规模系统，每端口成本还算合理，但随着规模的扩大，其成本涨得也特快。第二、所有的单级交换结构在技术上受限于其尺寸与速度。一旦达到这些极限，单级交换机无法再增加端口或提升线路速率。正因为如此，可扩展的交换系统必须采用多级结构。 2. 多级交换结构 |
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