8、高速 ATM/IP 交换结构：分布式调度器的创新应用

高速 ATM/IP 交换结构：分布式调度器的创新应用

1. 引言

在高速网络通信领域，交换结构的设计至关重要，它直接影响着数据传输的效率、吞吐量和延迟。为了实现高效的交换，研究人员不断探索新的架构和调度算法。本文将介绍一种结合了共享内存和输入缓冲的高速 ATM/IP 交换结构，它采用分布式调度器，旨在提高吞吐量、降低丢包率，并支持高效的组播功能。

2. 背景与相关工作

2.1 集中调度的局限性

传统的集中调度方案，如 iSLIP 和 PIM，每个输入端口向中央调度器发送请求，中央调度器需要在这些请求中进行仲裁并选择一组无冲突的匹配。然而，这种方案中，调度器往往成为瓶颈，降低了交换速度和容量。而分布式仲裁算法可以消除这一瓶颈，常见的分布式仲裁方式包括在交叉开关架构的所有交叉点之间分配决策。

2.2 分布式调度的解决方案

• 共享内存交换结构与输入端口的 VOQ ：在这种架构中，交换结构中有一个共享内存，该内存被逻辑划分为 N 块，每块对应一个输出，并包含 N 个独立队列，每个队列对应一个输入。当一个信元到达输入端口 i 并目的地为输出端口 j 时，它被放入第 j 个虚拟输出队列（VOQj i）。每个输入包含一个独立的调度器，为避免交换机内的数据包丢失，当共享缓冲区接近满时，交换机需通知输入停止发送新信元，通过内存授权信号实现。此方案是分布式的，无队首阻塞（HoL）问题，适合 IP 数据包，但由于共享内存的性质，不具有可扩展性，且在组播方面存在问题。
• 带 VOQ 的缓冲交叉开关交换结构 ：该架构使用 N²