一种新型多级可扩展交换网络-revised-05-09

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1、一种新型多级可扩展交换网络陈一骄基金项目：本论文受国家高技术研究发展计划(863)No.2008AA01A323和(863)No.2008AA01A325资助作者简介：陈一骄，1972年9月生，男，副研究员，主要研究方向为高性能路由器及网络安全；汤庆新其他作者职称/学位，硕士研究生。E-mail：chenyj@nudt.edu.cn汤庆新（国防科学技术大学计算机学院,湖南长沙410073）摘要：本文提出了一种新型多级可扩展交换网络。论文在建立该交换网络逻辑结构模型的基础上，首先对该交换网络进行了形式化描述，并说明了其扩展方式。然后，通过

2、分析该交换网络通信链路间的竞争，说明定量地描述了该交换网络的端口间可达性、无阻塞条件，证明了其和可靠性。最后通过与单级Crossbar交换网络、传统3级Clos交换网络的定量对比，证明在同等容量下该交换网络的结构复杂性最低。关键词：交换网络；多级；可扩展；复杂度ANovelScalableMultiple-StageSwitchingFabricChenYi-jiaoTangQing-xin(SchoolofComputerScienceandTechnology,NationalofDefenseTechnology,Changsha

3、410073,China)Abstract:Anovelscalablemultiple-stageswitchingfabricisproposedinthispaper.Firstly,thearchitecturelogicalmodeloftheswitchingfabricisbuiltup.BasedonthemodelAndthen,themethodoffabricupgradingisdescribedwhiletheformaldescriptionofthefabricisgiven.Secondly,byanal

4、yzingthecompetitionoflinks,theneighbouringconnectivityofthefabric，theno-blockingconditionandthereliabilityofthefabricaredescribedexplained..Lastly,itisprovedthatthestructurecomplexityofthefabricislowestcomparedtotheCrossbarfabricandthecustomthree-stageClosnetwork.Keyword

5、s:Switchingfabric;Multiple-stage;Scalable;Complexity1.概述随着网络业务的迅猛增长和光传输技术的成熟，路由器等网络节点的性能对整个网络性能的瓶颈限制日益凸显。高速交换网络是路由器的重要组成部分，其容量、可扩展性、可靠性等因素直接影响路由器的性能及使用灵活性[1][2]。单级Crossbar交换网络是目前路由器采用较多的一种交换网络，但其复杂度与端口数的平方成正比，工程实现上受限于芯片体积等因素，其容量不可能做到很大[3]。于是多级交换结构网络很自然地被引入成为以构建大容量分组交换网络的

6、常用结构。直接连接交换网络[3]和间接连接交换网络[3]是空分多级交换网络的两种主要结构类型。由于存在重负载情况下性能难以保证、工程实现难度大等缺陷，以3DTorus交换网络和超立方体交换网络[3]为代表的直接相连交换网络仅在大容量交换网络研究-8-的初期得到了一定的发展。相比直接连接交换网络，即使在重负载情况下，间接连接交换网络的性能也能得到较好的保证，在网络流量急剧增长的背景下，间接连接交换网络成为构建大容量交换网络的首选。但是以3级Clos交换网络[3]等为代表的间接连接交换网络也存在可扩展性差(扩展粒度大)、调度机制复杂等缺陷需

7、要改进。在保证交换网络性能的前提下，为提高其以较小粒度进行扩展的能力，同时保证网络复杂度不因规模扩展而激增，本文提出一种新型多级可扩展交换网络。论本文在建立该交换网络逻辑结构模型的基础上，对其该交换网络的可靠性、端口间可达性、无阻塞条件、结构复杂度等进行了分析证明。2.多级可扩展交换网络的逻辑结构模型2.1结构模型如图1所示，本文提出的多级可扩展交换网络由3级组成：输入级由P个带缓存的交换单元b-ISU(bufferedInputSwitchUnit)构成；中间级由4个非缓存的(Q=3P/4)核心交换单元u-CSU(unbuffered

8、CoreSwitchUnit)构成；输出级由P个带缓存的交换单元b-OSU(bufferedOutputSwitchUnit)构成。b-ISU分为4组，组编号依次为0,1,2,3，每组b-ISU的数目为P/