4. Коммутаторы с коллективной памятью.
Высокоскоростные коммутаторы с коллективной памятью являются наиболее простым типом коммутаторов
5. Коммутаторы с пространственным разделением
При пространственном разделении между парами входных и выходных портов могут существовать как единственный, так и множественные пути. Простейшим примером такой архитектуры является коммутационная матрица (crossbar). В ней на каждом такте синхронизирующего генератора контроллер анализирует адресную информацию поступивших на входные порты пакетов и устанавливает соединения между портами по выделенному каналу. Маршрутизация в коммутационной матрице сходна с таковой в ячеистой сети. Поскольку пропускная способность выделенного канала определяется только физическими характеристиками передающей среды, то суммарная скорость передачи данных в таких коммутаторах может достигать более 100 Gbps. Однако в некоторых случаях при неравномерно распределенном относительно портов трафике производительность матричных коммутаторов может оказаться ниже, чем устройств с разделяемой памятью. Стандартным методом решения проблем, возникающих при конкуренции за выходной порт, является использование той или иной схемы буферизации.
6. Широкополосная баньян сеть
Широкополосная Баньян сеть - это сеть с коммутационными узлами, копирующими ячейки. Ячейка, прибывающая в каждый узел, может быть либо трассирована в один из выводных каналов, либо дублирована и отправлена по двум выводным каналам. Существует три варианта Log23=1.585, а это значит, что минимальный объем информации заголовка = 2 бит а каждый узел [1,10].
На рисунке 4.1 представлен обобщенный алгоритм одно - битовой самотрассировки для ряда N-битных адресов с произвольным назначением. Когда ячейки прибывает в узел k-каскада, трассировка ячейки определяется k битами заголовков всех адресов назначения. Если все они равны 0 или 1, тогда ячейка отправляется в выводы 0 или 1 соответственно. В противном случае, копии ячеек отправляются в оба вывода, и соответственно копиям этих двух ячеек в заголовках изменяются адреса назначения: заголовки копий ячеек, отправленных в вывод 0 или 1, содержат адреса первоначальных заголовков в k бит, равных 1 или 0 соответственно.
Рисунок 4.1 - Обобщенный алгоритм самомаршрутизации
7-сурак. Коммутаторы с общей средой.
В таких коммутаторах все входящие ячейки синхронно мультиплексируются в общую среду – скоростную шину или кольцо с временным разделением. Скорость в общей среде должна в N раз превышать скорость входного порта. Каждый выходной порт подключается к шине через адресный фильтр и собственную буферную память БП с упорядоченной очередью FIFO (First-In – First-Out). Адресные фильтры по идентификаторам VPI и VCI заголовков ячеек определяют, следует ли записывать их в свои БП, то есть фактически демультиплексируют общий поток. Вместо отдельных фильтров может использоваться общий адресный контроллер, анализирующий заголовки всех входящих ячеек и определяющий, в какую БП записывать каждую из них рис. 9.8.
При многоадресной передаче ячейка может параллельно заноситься в несколько БП. Для обеспечения нужной скорости предусмотрена параллельная организация данных. Например, входящий битовый поток преобразуется в Р параллельных потоков, каждый из которых со скоростью v/P обрабатывается соответствующей параллельной схемой, где снова превращается в параллельный Q-разрядный код. При необходимости такие коммутаторы могут объединяться в многопортовую многокаскадную схему.
8-сурак. БУФЕРИЗАЦИЯ В ТОЧКАХ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ КОММУТАТОРА МАТРИЧНОГО ТИПА
Буферы могут быть также расположены в индивидуальных точках пересечения матрицы (рисунок 1.5) [8]. Такой коммутационный элемент получил название «Бабочка» (butterfly). Эта схема предупреждает столкновение ячеек, движущихся к одному выходу. Если более чем в одном буфере находятся ячейки, предназначенные для одного и того же выхода, то по той или иной системе должен быть выбран буфер, обслуживаемый первым.
Рисунок 1.5 - Буферизация в точках пересечения коммутатора матричного типа
В действительности, эта стратегия размещения буфера имеет недостаток: малого размера буфер требуется на каждой точке пересечения (узле), и разделить этот буфер не представляется возможным. Поэтому невозможно достигнуть той же эффективности работы коммутационной структуры, какую обеспечивает коммутационная структура с выходной буферизацией.
9-сурак. ВХОДНАЯ БУФЕРИЗАЦИЯ В КОММУТАТОРАХ МАТРИЧНОГО ТИПА
При
входной буферизации отдельные буферы
размещаются на входных контроллерах
(рисунок 1.3). При использовании FIFО буферов
(first-in first-out) конкуренция возникает в
случае появления двух или более ячеек,
находящихся в голове очереди, стремящихся
одновременно к одному и тому же выходу
[3,8]. В этом случае происходит блокировка
в голове очереди, т.е. пакеты, следующие
за блокированным в голове очереди
пакетом, также блокируется, даже если
они предназначены для другого доступного
выхода.
Рисунок 1.3 - Коммутатор матричного типа с входными буферами
Для преодоления этого недостатка, FIFО буфера могут быть замещены на запоминающее устройство с произвольной выборкой (RAM). Если первая ячейка заблокирована, то для передачи выбирается следующая, при условии, что ее порт назначения свободен. Однако такой режим функционирования требует более сложного управления буферами для нахождения ячеек, следующих к свободным портам выхода, и обеспечения порядка следования пакетов, направляющихся на один и тот же выход. Общая емкость буфера должна логически разделяться в зависимости от нагрузки на разные буферы FIFО (по количеству выходных линий).
Дальнейшие улучшения могут быть достигнуты при условии, что два или более ячейки могут быть переданы одновременно из одного буфера к различным выходам. Это требует использования буфера с множеством выходов или буфера с пониженной произвольной выборкой времени.