交換結(jié)構(gòu)及其調(diào)度與帶寬分配算法研究.pdf

1、本論文的研究主要分為兩部分：第一部分是大容量可擴(kuò)展交換結(jié)構(gòu)及其調(diào)度算法的研究；第二部分是以太網(wǎng)交換機(jī)的流量控制研究，結(jié)合公司項(xiàng)目，提出解決方案。 隨著互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)承載的帶寬需求也快速增長(zhǎng)。光傳輸技術(shù)波分復(fù)用的發(fā)展和成熟應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路不再是限制網(wǎng)絡(luò)帶寬增長(zhǎng)的主要因素，而作為業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)、路由器已成為網(wǎng)絡(luò)性能的“瓶頸”，不僅要提供基于端口的高帶寬，而且設(shè)備的端口更需要具有不時(shí)升級(jí)擴(kuò)展特性，因此設(shè)計(jì)大容量可擴(kuò)展性的

2、交換設(shè)備在設(shè)計(jì)下一代網(wǎng)絡(luò)中占有關(guān)鍵的地位，成為目前國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者，技術(shù)專(zhuān)家關(guān)注的焦點(diǎn)。 目前業(yè)界對(duì)可擴(kuò)展性交換結(jié)構(gòu)的研究主要集中在多級(jí)交換結(jié)構(gòu)，即是把多個(gè)交換單元按一定規(guī)則連接起來(lái)，構(gòu)成容量更大，端口數(shù)更大的交換結(jié)構(gòu)。多級(jí)交換結(jié)構(gòu)按照內(nèi)部連接方式的不同，可分為多種類(lèi)型。其中的三級(jí)Clos結(jié)構(gòu)由于具有很好的擴(kuò)展性能，是最適宜用于構(gòu)建可擴(kuò)展的交換結(jié)構(gòu)。本文首先對(duì)交換結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性進(jìn)行了深入的研究，然后基于對(duì)Dune Networks

3、公司某交換芯片研究而提出的改進(jìn)的三級(jí)Clos結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于流的調(diào)度算法，傳統(tǒng)的用于多級(jí)交換結(jié)構(gòu)中的調(diào)度算法是受單級(jí)交換結(jié)構(gòu)調(diào)度算法啟發(fā)，主要的思想是解決圖的匹配的問(wèn)題，基于端口尋求最大連接。目前業(yè)界已有不少經(jīng)典的調(diào)度算法，這些算法能夠達(dá)到較好的性能目標(biāo)，但也存在一些不足，比如：QoS得不到保證。而基于流的調(diào)度算法是按照流的屬性給予服務(wù)，針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)多樣性的特性，調(diào)度算法能區(qū)分不同的業(yè)務(wù)，選擇服務(wù)的級(jí)別，給予不同的QoS保

4、證，這正是最近研究的熱點(diǎn)。我們通過(guò)搭建仿真模型，驗(yàn)證了基于流的調(diào)度算法的性能，為構(gòu)建大容量交換結(jié)構(gòu)及其調(diào)度算法提供了一個(gè)可行的方案。 本文的第二部分是對(duì)以太網(wǎng)交換機(jī)的研究，是對(duì)上海普然通訊技術(shù)提出的一個(gè)通用問(wèn)題的解決方案的研究：在以太網(wǎng)交換機(jī)中由于存在某一持續(xù)時(shí)間多個(gè)端口同時(shí)向一個(gè)出端口發(fā)送數(shù)據(jù)的可能，直接的后果是出現(xiàn)流量擁塞，丟失數(shù)據(jù)包，嚴(yán)重影響交換機(jī)的性能，因此針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出了動(dòng)態(tài)帶寬分配調(diào)度入口流的解決方法：在系統(tǒng)

5、外部設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的調(diào)度器，硬件用高速FPGA實(shí)現(xiàn)，調(diào)度器與交換端口和交換芯片互通，控制出口帶寬在各競(jìng)爭(zhēng)入端口的分配，達(dá)到避免擁塞發(fā)生和保障一定包轉(zhuǎn)發(fā)率與時(shí)延性能。在調(diào)度方法上相繼提出了兩種解決方案：一，基于出口緩存調(diào)度；二，基于出口帶寬調(diào)度。同時(shí)設(shè)計(jì)了兩種帶寬分配算法：一，公平逆序算法；二，公平和流量整形算法。通過(guò)搭建仿真模型，驗(yàn)證了方案的可行性。最后，對(duì)項(xiàng)目中的關(guān)注的更加細(xì)致的問(wèn)題做了分析，給予了參考的方案。本文兩部分都采用OPNET