光纤通道交换机数据交换系统的设计与仿真

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1、华中科技大学硕士学位论文光纤通道交换机数据交换系统的设计与仿真姓名：曹雷申请学位级别：硕士专业：光电信息工程指导教师：徐军2011-01-05华中科技大学硕士学位论文摘要由于具有数据统一存储、数据共享和远程数据容灾等优点，存储区域网络被广泛应用于高端的、企业级的存储系统中。光纤通道交换机作为存储区域网络的核心设备，在存储区域网络中起着十分重要的作用，已成为国内外的研究热点。本文深入分析了存储区域网络的体系结构及光纤通道标准，设计出了光纤通道交换机的逻辑结构，其底层物理层为线卡和数据交换系统，上层管理层为线卡

2、控制器和主控制器。根据光纤通道交换机的逻辑结构，详细设计了光纤通道交换机的数据交换系统，设计分为路由查找模块、虚拟输出队列、输入仲裁器、带缓存的Crossbar交换结构和输出仲裁器5部分。路由查找模块采用了CAM+RAM的结构，能够为输入数据快速定位输出端口号，降低了数据交换系统的延迟性能；虚拟输出队列和带缓存的Crossbar交换结构通过FIFO来实现，能够简化地址管理问题，降低系统复杂度；输入仲裁器采用RR_LQD调度算法，在各种均匀和非均匀网络流量下都具有较高的吞吐量和较低的系统时延；输出仲裁器采用R

3、oundRobin调度算法，与输入仲裁器中的RR_LQD调度算法配合使用可以实现数据的无阻塞交换。为了验证该设计的正确性，将各功能模块组合成一个完整的数据交换系统，并对整个数据交换系统进行了功能仿真，仿真结果表明该数据交换系统能满足光纤通道交换机的需要，并能应用于光纤通道交换机中。关键词：存储区域网络光纤通道光纤通道交换机线卡数据交换系统I华中科技大学硕士学位论文AbstractBecauseofadvantageofitsdataunifiedstorage,datasharingandremotedat

4、atolerant,StorageAreaNetworkiswidelyappliedinhigh-endandenterprise-levelstoragesystem.TheFibreChannelswitchisusedasthecoreequipmentofstorageareanetwork,playsaveryimportantroleintheStorageAreaNetwork,andhasbecomethedomesticandforeignresearchhotspot.Thispape

5、rdeeplyanalyzesthearchitectureofStorageAreaNetworkandFibreChannelstandard,designsthelogicstructureofFibreChannelswitch.Thelow-levelphysicallayeroflogicstructureismadeupoflinecardanddataexchangesystem,andtheuppermanagementlayerincludesthecontrolleroflinecar

6、dandthemaincontroller.AccordingtothelogicstructureofFibreChannelswitch,wedesignthedataexchangesystemofFibreChannelswitchindetail.Theschemeshowsthatthedataexchangesystemconsistsoftheroutingforwardingengine,thevirtualoutputqueue,theinputarbiter,thebufferedcr

7、ossbarswitchingfabricandtheoutputarbiter.TheroutingforwardingengineismadeupofCAMandRAM,itcanquicklylocateaoutputportnumberforinputdata,andcanreducethetimedelayofdataexchangesystem.ThevirtualoutputqueueandbufferedcrossbarswitchingfabricareimplementedbyFIFO,

8、itsimplifiestheaddressmanagementofdataexchangesystem,andreducesthesystemcomplexity.InputarbiteradoptstheRR_LQDschedulingalgorithm,andcanachieve100%throughputandlowdelayundervariousuniformandnon-uniformtraffic