38、互联网络的路由与交换技术解析

互联网络的路由与交换技术解析

1. 死锁与受限路由

在互联网络中，死锁的发生与通道依赖图密切相关。若通道依赖图存在循环，死锁就可能出现；反之，若通道依赖图无环，死锁则不会发生。通过限制路由，例如采用维度顺序路由，让数据包先在 x 维度路由，再在 y 维度路由，可使通道依赖图变为无环图。xy 路由和 yx 路由对应的通道依赖图分别呈现出无环的特性。

受限路由虽能避免死锁，但会导致互联网络可用带宽利用不足。例如，在图 6.11(a) 中，节点 (0,0) 发送数据包到节点 (1,1)，采用 xy 路由时需先经过通道 C3。若此时 C3 被占用，本可选择经通道 C0 和 C1 的替代路由。

2. 放宽路由限制：虚拟通道与转弯模型

2.1 虚拟通道

资源分配的实体是通道，它由链路和接收交换机的物理缓冲区组成。在直通交换中，接收交换机需为整个数据包分配缓冲区空间，否则数据包将在发送交换机处阻塞；而在虫孔交换中，只需为携带路由信息的几个 phit 分配缓冲区空间。

通道概念可虚拟化形成虚拟通道。两个物理交换机间可存在多个虚拟通道，且在不同虚拟通道上路由的数据包不会同时使用相同的物理资源。由于有更多资源可用，通道依赖图中的循环可被消除。为支持多个虚拟通道，每个交换机需为每个虚拟通道配备一个专用的物理输入缓冲区，其最小大小为流控制单元的大小。

假设任意两个节点间有两个虚拟通道 Ci 和 C′i，Ci 和 Cj 间采用 xy 路由，C′i 和 C′j 间采用 yx 路由。只要满足两个限制条件，采用 xy 或 yx 路由可避免死锁：一是任何数据包的路由必须先符合 xy 或 yx 路由；二是数据包只能从 xy 路由切换到 yx 路