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郑良玉/ 电子科技大学
摘 要：目前大规模商用的核心路由器中普遍采用基于信元的交换机制,这种机制有网络适应性强等优点,但也有浪费网络资源以及信元乱序等缺点,与之相对的基于分组的交换方式在这些方面则显出了其论文范文性.本文在利用OPNET搭建的论文范文多平面clos交换结构仿真平台上,分别采用基于分组和基于信元两种交换机制,分析各自的缓存使用情况和分组平均时延．得出结论为在仿真环境下基于分组的交换方式要优于基于信元的交换方式.
关键字：clos：多级多平面交换结构；基于信元,基于分组：交换机制
中图分类号：TP393.08 文献标识码：B
文章编号：1673-1131(2010)03-026-03
一、引言
互联网络主要由网络结点（交换机、路由器）、传输链路和端系统（主机）构成.要适应现代网络业务急剧增长的要求,就必须大力发展链路传输技术和结点的路由交换技术.光传输技术,尤其是波分复用(WDM, W论文范文elength--Division Multiplexing)技术的发展使得链路传输能力在每6 --7个月就可以翻一番,目前单根光纤的传输能力最大已超过lOTb/s．远远超过了网络业务的增长速度.另一方面．网络结点路由交换容量的增长速度却远远跟不上网络业务量和传输速率的增长速度,仅为18个月左右翻一番.据预测,按照现有的发展速度,到2012年对网络需求的业务量将是路由器实际容量的8倍.由此可见,网络发展的瓶颈出现在网络结点,尤其是网络核心路由器处.
为了解决这个瓶颈,当前的高性能核心路由器大多采用了多级多平面的交换结构,其中．常用的交换结构有clos．benes等,这些交换结构具有易扩展、可靠性高等特点,但是仍然有很多方面有待完善.
目前大规模路由器交换网络的研究重点包括调度机制,交换机制,容错性,可扩展性等．其中交换机制指的是分组在交换网络中转发时采用的基本数据单元的格式,主要包括定长信元和变长分组两种.目前各大厂商的路由器产品多采用基于定长信元的交换机制,这种机制有便于调度等优点,但是相对于变长分组方式,亦有增加交换开销浪费带宽资源等缺点.本文旨在改进传统的基于变长分组的交换机制算法,并与基于定长信元的交换机制进行分析比较,仿真得到结果.
二、基于信元与基于分组的交换机制
2.1基于信元的交换机制
在大容量交换网络中,为了调度机制的实现简单,通常采用同步调度方式,也就是对资源的调度是以相同的时间间隔(称为时隙．Timeslot)为单位同步进行.出于路由器是对变长lP分组进行处理的网络器件,交换网络对分组进行转发时．通常的处理方式是首先将lP分组分割为定长的数据单元（称为信元,Cell）,每个信元的长度是单个时隙以线速传输比特的数量.信元是存储转发的基本信息单位,信元到达交换网络输出端口后,再重新组装为分组,这种交换机制称为定长信元交换机制.
在现有的大容量路由器产品中,几乎都采用定长信元交换方式.定长信元交换机制虽然便于调度的实现,但是也具有一系列的缺点,主要表现在：
(1)增加了交换开销,降低了交换网络资源的利用率.由于一个变长分组通常需要分割为多个定长信元,而每个信元在交换中是独立的信息单元,因此,每个信元必须携带相关的路由信息（如输出端口号等）．引入了一定的开销,同时,分组的长度不一定是定长信元的整数倍,因此．在分组分割时,必然会带来交换网络带宽的浪费.
(2)采用定长信元交换机制需要高速的分组分段和重装功能单元．使得交换网络成本增加.
(3)更为重要的是,在多级交换网络中,如果交换网络中间级带有缓存,采用定长信元交换方式将有可能带来同一分组的各个信元发生乱序,这样就需要复杂的信元保序机制或输出端口重排序缓存,带来了交换网络实现成本的进一步增加.
2.2基于分组的交换机制
基于上述基于信元交换机制的缺陷．变长分组交换机制在大容量分组交换网络中得到了重视和研究．,传统意义上的变长分组交换机制是以分组为单位,直接在网络中交换．但是因为实际应用中lP分组长度的不固定性（理论最小长度为20字节,最大长度高达65535字节）,使得同步调度方式不可能实现,所以这种方式几乎没有应用价值.
现在作为研究重点的基于分组的交换方式同基于信元方式一样是以时隙为单位进行同步调度,但是在转发过程中是以变长分组为基本单元.在变长分组交换机制中,到达交换网络的变长分组只在逻辑上以时隙为单位进行分割,在网络调度时,如果选择了分组的第一个信元进行转发,那么在接下来的时隙中,该分组的其他信元将依次通过相同的路径转发,直到最后一个信元转发完毕．调度机制才对该端口的其他分组进行转发.在变长分组交换机制中,不会出现信元乱序现象,减小了交换开销,提高了交换网络资源利用率,但是由于lP分组长度的随机性,使得交换网络对网络业务的适应性降低,网络灵活性下降.交换网络交换机制对网络性能具有很大影响,由于定长信元和变长分组交换机制各有论文范文,需要针对不同的应用场合进行具体的分析.
三、平台搭建及算法概述
由于定长信元和变长分组交换机制各有论文范文,需要针对不同的应用场合进行具体的分析.本文在论文范文多平面clos交换结构中采用dune公司的pull调度机制,并以此为平台分别研究基于信元和基于分组的交换机制,对交换结构性能进行总体分析.图一为使用OPNET网络仿真软件搭建的交换网络拓扑图.
基于信元的交换机制较为简单,且其他文章介绍较多,在此不再赘述.主要介绍3级clos交换网络中基于分组的调度思想.
(1)输入模块1M输入模块的缓存中维持1 2个虚拟队列(VOQ)．分别对应12个输出模块,每当一个分组到达后,先获取其目的模块号des(n)．将其分割成若干定长信元（仿真中是分割为80bit长度信元）．并给第一个信元打上HEAD标记,给最后一个信元打上TAIL标记.将这些信元按顺序存入des(n)对应的VOQ中的末尾,这是存储过程.发送过程为,当输入模块的三条出线路中出现一条空闲时（即上一分组发送完毕）．从队列长度最长的VOQ中取出队列头部的分组发送．打有HEAD标记的信元发送出去以后,则其后的各信元连续通过相同线路发送,直到打有TAIL标记的信元发送完毕,开始下一轮发送循环.如果同时有多条线路空闲,则按照轮询法发送分组,力求通过各线路的负载达到均衡.
(2)中间级模块SE：中间级包括三个交换平面,每个平面为带交叉点缓存的论文范文crossbar交换结构.其中第一级SE1每个节点有3个队列,每个队列分别对应一个输出线路.当节点接收到来自输入模块的打有HEAD标记的信元时,选取3个队列中最短的队列将其存入,以后到达的信元依次存入,直到打有TAIL标记的信元.发送过程直接按照每个队列对应线路依次发送即可.第二级SE2节点有4个队列,且与SE1不同之处在于SE2节点每接收到一个HEAD信元,要获取其目的模块号des(n)．再根据dcs(n)选取对应的队列存放,发送过程直接按照每个队列对应线路发送即可.第论文范文SE3节点对信元处理方法与SE2相似．但是SE3节点只有3个队列.
(3)输出模块OM：输出模块的主要工作是将分开的信元重组为分组,因为基于分组的交换机制中．同一个分组分割成的信元是连续发送也是连续到达的,所以输出模块只需要将这些连续到达的信元拼接起来,并除去其中的HEAD和TAIL标记即可发往下一级网络.同时输出模块还需要根据网络负载情况,向输入模块适量发送令牌,以防止中间级模块产生拥塞.
四、仿真与结果分析
对于图一中的交换网络结构,仿真中输入模块的输出链路速率为1OGb/s．SEI的输出链路速率也为lOGb/s．SE2和SE3的输出链路速率则进行了两倍加速,分别为20Gb/s和40Gb/s.进入输入模块IM的分组到达时间服从泊松分布,且分组的平均长度为320bit.以此为基础分别仿真了基于信元和基于分组这两种交换机制,我们使用中间级缓存使用量和时延来作为评判两种交换机制的标准,得到结果如下图.
由图二可知中间级缓存的使用量．基于分组的交换机制要略大于基于信元的交换机制,而由图三可知,在负载较小时两种方法的分组平均时延几乎相等,但在负载较高时,基于分组的交换机制的分组平均时延要小于基于信元的交换机制,这是因为基于信元的交换机制中,一个分组的所有信元是通过不同路径到达输出模块的,每个信元的时延都不等,输出模块需要等待所有信元都到达后再进行重组,导致总时延增大.而基于分组的交换机制中,一个分组的所有信元是连续的在网络中传送,不会出现这样的问题.
电路交换:06.分组交换与包交换（二）、网络体系结构与网络协议（一）
五、结束语
本文在论文范文clos交换网络中,分别对基于信元和基于分组两种交换方式进行了仿真,分析得出,基于信元的交换机制所使用中间级缓存较小,但是分组传输时延要大与基于分组的交换机制.总体而言,基于分组的交换机制要优于基于信元的交换机制,但是本次仿真只关注了缓存和时延两个方面,没有仿真各级的计算复杂度,也难以仿真网络对各类分组的适应性,这些方面还需进一步研究.
总结：这篇分组交换论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
电路交换引用文献:
[1] 交换些什么吧论文范文 交换些什么吧专升本毕业论文范文2万字
[2] 软交换论文范文 软交换方面有关论文范文资料2万字
[3] 物物交换论文例文 物物交换类有关硕士论文范文5000字
