[發明專利]無需閉環流控的可擴展定長多路徑交換系統

有效

• 申請號: 201310576764.0
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103595658A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 趙有健;陳果;裴丹
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L12/931
• 分類號: H04L12/931;H04L12/771
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種無需閉環流控的可擴展定長多路徑交換系統。

背景技術

隨著互聯網、數據中心等大型網絡的飛速發展，政府、企業和用戶對于網絡帶寬的需求也持續快速增長。作為網絡中的核心節點，設計骨干網核心路由器/交換機中的高速交換結構也因此變得尤為重要。

考慮到硬件實現上時鐘同步以及存儲存取的方便，現行的商用交換結構大多都選擇定長交換的方式。即在交換入口處將IP數據包切割成固定長度的分片(cell)，以分片為單位完成交換，在出口處再將分片重組為IP數據包。通常為了保證交換的吞吐率以及減小輸出端重組的難度，現行的定長交換結構需要采取閉環流控機制，以保證交換結構內部不會出現分片丟棄的情況。閉環流控也被稱為背壓，工程上通常有三種實現方式：1）通過與數據通路分離的控制通路傳輸流控信號；2）通過數據通路傳輸特定的流控分片；3）將控制通路與數據通路相結合的流控方式。

然而，交換規模的增大以及鏈路速度的增長，給背壓的工程實現帶來了巨大的困難，主要包括：1）控制通路精細化帶來的巨大的芯片管腳消耗；2）背壓反饋延時導致需要預留的存儲空間增加；3）飽和樹問題導致的系統性能急劇下降；4）流控信號帶來的額外通信開銷。

針對上述交換規模以及鏈路速度增加給背壓帶來的問題，目前有一些改進方法，諸如合并流控信號、建立多隊列分隔流等方法。但這些方法有些以犧牲性能為代價，有些需要消耗大量存儲資源，在實際商用的路由器或交換機中皆不適宜應用。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種無需閉環流控的可擴展定長多路徑交換系統，該交換系統具有較強的可擴展性，且無需采用負載的閉環流控機制，消耗的硬件資源較少，因此成本較低。

為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種一種無需閉環流控的可擴展定長多路徑交換系統，其特征在于，包括：N個輸入端口、N個解復用器、K個交叉點緩存交換單元、N個復用器和N個輸出端口，所述N、K均為正整數，其中，所述N個解復用器分別一一對應地與所述N個輸入端口相連，每個所述解復用器具有N個虛擬輸出隊列，所述N個虛擬輸出隊列分別存儲去往所述N個輸出端口的定長分片；所述K個交叉點緩存交換單元分別與所述N個解復用器相連，用于接收并緩存來自N個虛擬輸出隊列的去往所述N個輸出端口的定長分片；所述N個復用器與所述K個交叉點緩存交換單元相連，所述N個復用器分別包括一個接收隊列和N個重組隊列，所述接收隊列用于依次接收來自所述K個交叉點緩存交換單元的K個分片，所述N個重組隊列用于重組所述K個分片，以生成數據包。

根據本發明實施例的無需閉環流控的可擴展定長多路徑交換系統，利用交叉點緩存結構作為交換單元，組成一個多平面并行包交換系統。將數據包切割成多個定長分片后，通過N個解復用器傳輸K個定長分片至K個交叉點緩存交換單元，交叉點緩存交換單元采用特定的調度算法，允許少量分片在交換結構內被丟棄，并將K個分片傳輸至N個復用器，以將K個分片重組為數據包。從而該系統摒棄了復雜的閉環流控機制，消耗的硬件資源較少，因此成本較低，且該系統具有較強的可擴展性，對研制大規模超高速交換結構具有重要意義。

另外，根據本發明上述實施例的無需閉環流控的可擴展定長多路徑交換系統還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的實施例中，所述N個虛擬輸出隊列分別以先進先出的方式存儲去往N個輸出端口的定長分片。

在本發明的實施例中，所述N個解復用器用于：判斷是否有K個時隙以上沒有分發分片，如果不是，則繼續等待，如果判斷有K個時隙以上沒有分發分片，則判斷所有隊列是否為空，如果所有隊列為空，則繼續等待，否則在所述所有隊列中選取最長隊列，并判斷所述最長隊列的長度是否大于或等于K，如果所述最長隊列的長度大于或等于K，則將所述最長隊列中前K個分片按照預設順序同時發送至所述K個交叉點緩存交換單元，以實現所述N個虛擬輸出隊列分別以先進先出的方式存儲去往N個輸出端口的定長分片。

在本發明的實施例中，所述N個解復用器還用于在所述最長隊列的長度小于K時，用預設類型的分片將所述最長隊列的長度補充至K，再將所述最長隊列中前K個分片按照預設順序同時發送至所述K個交叉點緩存交換單元。

在本發明的實施例中，所述預設類型的分片為補齊分片。

在本發明的實施例中，所述N個復用器的接收隊列還用于在存滿K個分片后，將所述K個分片發送至所述充重組隊列，并將所述K個分片中的所述預設類型的分片丟棄。